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4. 某兴趣小组在学习了过氧化氢$\ce{(H_{2}O_{2})}$分解制氧气的实验后，知道二氧化锰$\ce{(MnO_{2})}$在此反应中起催化作用。同学们讨论到底还有哪些因素与化学反应速率有关。
【任务一】探究氧化铜$\ce{(CuO)}$能否对过氧化氢的分解起催化作用
(1)图1实验中观察到:试管A中的小木条
(2)同学们讨论后,认为要确定氧化铜对此反应有催化作用,还须探究反应前后氧化铜的
【任务二】探究二氧化锰和氧化铜对过氧化氢分解的催化效果
同学们为了比较二氧化锰和氧化铜对过氧化氢分解的催化效果,用如图2所示的装置进行了两次实验,在试管中分别加入等质量的二氧化锰和氧化铜,分别将注射器内盛有的30 mL 5%的过氧化氢溶液全部注入试管中,再利用注射器收集生成的氧气,收集到的氧气的体积和时间的关系如图3所示。
(3)在检查装置的气密性后,小组同学开始实验时注入过氧化氢溶液的方法是
A. 快速推动注射器活塞
B. 缓慢推动注射器活塞
(4)实验中,U形管内红墨水液面左边下降,右边上升,出现该现象的原因是
(5)为了比较两种催化剂的催化效果,实验中除了记录注射器内收集到的氧气的体积,还须记录
(6)通过图3除了能得知二氧化锰的催化效果比氧化铜好,还能得出的结论是
(7)由氧化铜作催化剂的反应,在$t_{1}～t_{2}$时间段里反应速率逐渐变慢,原因是
【任务三】探究影响化学反应速率的其他因素
(8)探究催化剂的用量对过氧化氢分解速率的影响。图4装置中产生氧气的体积利用压强传感器测出(在等温条件下,产生氧气的体积与装置内压强成正比,反应能量变化忽略不计)。图5是“不同质量的二氧化锰与相同体积的3%的过氧化氢溶液混合”的实验结果,从图5中可以看出
(9)由上述实验可知,影响过氧化氢分解速率的因素有催化剂的种类、催化剂的用量等。除此之外,请你再举出一个可能影响化学反应速率的因素:
【任务一】探究氧化铜$\ce{(CuO)}$能否对过氧化氢的分解起催化作用
(1)图1实验中观察到:试管A中的小木条
不复燃
;试管B中的小木条复燃。得出结论:氧化铜能加快过氧化氢的分解速率。(2)同学们讨论后,认为要确定氧化铜对此反应有催化作用,还须探究反应前后氧化铜的
质量
和化学性质
不变。【任务二】探究二氧化锰和氧化铜对过氧化氢分解的催化效果
同学们为了比较二氧化锰和氧化铜对过氧化氢分解的催化效果,用如图2所示的装置进行了两次实验,在试管中分别加入等质量的二氧化锰和氧化铜,分别将注射器内盛有的30 mL 5%的过氧化氢溶液全部注入试管中,再利用注射器收集生成的氧气,收集到的氧气的体积和时间的关系如图3所示。
(3)在检查装置的气密性后,小组同学开始实验时注入过氧化氢溶液的方法是
A
(填序号)。A. 快速推动注射器活塞
B. 缓慢推动注射器活塞
(4)实验中,U形管内红墨水液面左边下降,右边上升,出现该现象的原因是
过氧化氢分解放出热量，外部大试管中的气体受热膨胀
。(5)为了比较两种催化剂的催化效果,实验中除了记录注射器内收集到的氧气的体积,还须记录
收集氧气所用的时间
。(6)通过图3除了能得知二氧化锰的催化效果比氧化铜好,还能得出的结论是
催化剂不能改变生成氧气的质量
。(7)由氧化铜作催化剂的反应,在$t_{1}～t_{2}$时间段里反应速率逐渐变慢,原因是
过氧化氢溶液的浓度变小
。【任务三】探究影响化学反应速率的其他因素
(8)探究催化剂的用量对过氧化氢分解速率的影响。图4装置中产生氧气的体积利用压强传感器测出(在等温条件下,产生氧气的体积与装置内压强成正比,反应能量变化忽略不计)。图5是“不同质量的二氧化锰与相同体积的3%的过氧化氢溶液混合”的实验结果,从图5中可以看出
其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快
。(9)由上述实验可知,影响过氧化氢分解速率的因素有催化剂的种类、催化剂的用量等。除此之外,请你再举出一个可能影响化学反应速率的因素:
温度(或反应物之间的接触面积)
。答案
4.(1)不复燃 (2)质量 化学性质 (3)A (4)过氧化氢分解放出热量，外部大试管中的气体受热膨胀 (5)收集氧气所用的时间 (6)催化剂不能改变生成氧气的质量 (7)过氧化氢溶液的浓度变小 (8)其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快 (9)温度(或反应物之间的接触面积)
解析
【分析】
本题围绕过氧化氢分解反应的催化剂探究及反应速率影响因素展开，需结合催化剂的概念、控制变量法、反应现象分析等知识解题。任务一：(1) 试管A未加氧化铜，过氧化氢分解慢，氧气少，带火星小木条不复燃；(2) 催化剂需满足反应前后质量和化学性质不变。任务二：(3) 快速推注射器保证反应同时开始；(4) 反应放热使装置内气体受热膨胀；(5) 比较催化效果需记录收集氧气的时间；(6) 图3最终氧气体积相同，说明催化剂不改变生成氧气质量；(7) t₁～t₂时过氧化氢浓度降低，反应变慢；(8) 图5显示二氧化锰质量越大，分解速率越快；(9) 其他影响因素如温度。
【解析】
(1) 试管A中无氧化铜催化，过氧化氢分解速率极慢，产生氧气量少，无法使带火星小木条复燃，故填“不复燃”。
(2) 催化剂的特征是“一变两不变”：改变化学反应速率，反应前后自身质量和化学性质不变，因此需探究氧化铜反应前后的质量和化学性质，故填“质量”“化学性质”。
(3) 为保证两种催化剂催化反应的起始时间一致，需快速推动注射器活塞，将过氧化氢溶液全部注入试管，避免注入速度差异影响对比，故选A。
(4) 过氧化氢分解生成氧气的反应是放热反应，放出的热量使装置内气体受热膨胀，压强增大，导致U形管红墨水左降右升。
(5) 比较催化效果，除收集氧气体积外，还需记录收集相同体积氧气所用的时间（或相同时间内收集氧气的体积），故填“收集氧气所用的时间”。
(6) 图3中最终两种催化剂收集到的氧气体积相同，说明催化剂只能改变反应速率，不能改变生成氧气的总质量，故填“催化剂不能改变生成氧气的质量”。
(7) t₁～t₂时间段，过氧化氢不断被消耗，溶液中过氧化氢浓度逐渐变小，反应物浓度降低，反应速率变慢，故填“过氧化氢溶液的浓度变小”。
(8) 分析图5，相同条件下，加入二氧化锰的质量越大，装置内压强上升越快，说明过氧化氢分解速率越快，故填“其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快”。
(9) 影响化学反应速率的因素还有温度（如加热可加快过氧化氢分解）、反应物接触面积等，故填“温度(或反应物之间的接触面积)”。
【答案】
(1)不复燃 (2)质量；化学性质 (3)A (4)过氧化氢分解放出热量，外部大试管中的气体受热膨胀 (5)收集氧气所用的时间 (6)催化剂不能改变生成氧气的质量 (7)过氧化氢溶液的浓度变小 (8)其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快 (9)温度(或反应物之间的接触面积)
【知识点】
催化剂的概念；影响化学反应速率的因素；实验探究控制变量法
【点评】
本题为实验探究题，考查催化剂的判断依据、催化效果对比方法及反应速率影响因素，需掌握催化剂“一变两不变”的特征，理解控制变量法的应用，注重实验分析能力，综合性较强。
【难度系数】
0.6
本题围绕过氧化氢分解反应的催化剂探究及反应速率影响因素展开，需结合催化剂的概念、控制变量法、反应现象分析等知识解题。任务一：(1) 试管A未加氧化铜，过氧化氢分解慢，氧气少，带火星小木条不复燃；(2) 催化剂需满足反应前后质量和化学性质不变。任务二：(3) 快速推注射器保证反应同时开始；(4) 反应放热使装置内气体受热膨胀；(5) 比较催化效果需记录收集氧气的时间；(6) 图3最终氧气体积相同，说明催化剂不改变生成氧气质量；(7) t₁～t₂时过氧化氢浓度降低，反应变慢；(8) 图5显示二氧化锰质量越大，分解速率越快；(9) 其他影响因素如温度。
【解析】
(1) 试管A中无氧化铜催化，过氧化氢分解速率极慢，产生氧气量少，无法使带火星小木条复燃，故填“不复燃”。
(2) 催化剂的特征是“一变两不变”：改变化学反应速率，反应前后自身质量和化学性质不变，因此需探究氧化铜反应前后的质量和化学性质，故填“质量”“化学性质”。
(3) 为保证两种催化剂催化反应的起始时间一致，需快速推动注射器活塞，将过氧化氢溶液全部注入试管，避免注入速度差异影响对比，故选A。
(4) 过氧化氢分解生成氧气的反应是放热反应，放出的热量使装置内气体受热膨胀，压强增大，导致U形管红墨水左降右升。
(5) 比较催化效果，除收集氧气体积外，还需记录收集相同体积氧气所用的时间（或相同时间内收集氧气的体积），故填“收集氧气所用的时间”。
(6) 图3中最终两种催化剂收集到的氧气体积相同，说明催化剂只能改变反应速率，不能改变生成氧气的总质量，故填“催化剂不能改变生成氧气的质量”。
(7) t₁～t₂时间段，过氧化氢不断被消耗，溶液中过氧化氢浓度逐渐变小，反应物浓度降低，反应速率变慢，故填“过氧化氢溶液的浓度变小”。
(8) 分析图5，相同条件下，加入二氧化锰的质量越大，装置内压强上升越快，说明过氧化氢分解速率越快，故填“其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快”。
(9) 影响化学反应速率的因素还有温度（如加热可加快过氧化氢分解）、反应物接触面积等，故填“温度(或反应物之间的接触面积)”。
【答案】
(1)不复燃 (2)质量；化学性质 (3)A (4)过氧化氢分解放出热量，外部大试管中的气体受热膨胀 (5)收集氧气所用的时间 (6)催化剂不能改变生成氧气的质量 (7)过氧化氢溶液的浓度变小 (8)其他实验条件相同时，加入二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解速率越快 (9)温度(或反应物之间的接触面积)
【知识点】
催化剂的概念；影响化学反应速率的因素；实验探究控制变量法
【点评】
本题为实验探究题，考查催化剂的判断依据、催化效果对比方法及反应速率影响因素，需掌握催化剂“一变两不变”的特征，理解控制变量法的应用，注重实验分析能力，综合性较强。
【难度系数】
0.6
