专题4 实验室制氧气拓展提升与催化剂相关考点-2023-2024学年九年级化学实验探究同步培优（通用版）

本资料来自专辑：2023-2024学年九年级化学实验探究同步培优（通用版）

九年级化学实验探究同步培优

专题4 实验室制氧气拓展提升与催化剂相关考点

姓名：_________ 班级：_________ 学号：_________

一、实验探究题

1．过氧化氢溶液俗称双氧水，常温下是一种无色液体，实验室常用双氧水和二氧化锰制取氧气。查阅资料：将新制的浓度 5%的双氧水加热到 65℃时就有氧气产生，加热到 80℃时就有较多氧气产生。

（1）请你写出实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气的文字表达式___________________________。

（2）小红按图1装置进行实验，当试管中有大量气泡出现时，伸入带火星的木条，木条并未复燃，为此，他利用图2装置收集气体，再用带火星的木条检验，木条复燃，那么图1实验中带火星木条未复燃的原因是___________________________。

（3）表是某小组同学探究影响过氧化氢分解速率部分因素的相关实验数据。

表格中的V=_________；从实验_________和_________（填序号）对比可知，过氧化氢分解速率与过氧化氢溶液浓度有关。若x_________49.21（填“>”、“=”或“<“）可知温度越高，过氧化氢分解速率越快。

（4）某化学兴趣小组设计如下表所示的对比实验来比较MnO₂、CuO对过氧化氢分解的催化效果。所用实验装置如图所示。在试管中分别加入等质量的氧化铜和二氧化锰，分别将注射器内盛有的双氧水注入试管中，利用注射器收集氧气，收集到氧气的体积和时间的关系如图所示。

①实验中造成U形管内红墨水液面左低右高的可能原因是__________________。

②结论：对过氧化氢分解催化效果较好的催化剂是_________。

③由氧化铜催化的反应，t₁-t₂时间段反应速率逐渐变_________（填“快”或“慢”）。原因是_______________________________________________________________。

2．某化学兴趣小组在学习氧气的制备时，对二氧化锰作催化剂加快双氧水分解产生了兴趣，他们提出疑问：其他物质能否对双氧水分解速率产生影响？

【查阅资料】影响化学反应速率的因素有很多，如：是否使用催化剂、催化剂的种类和质量、温度、气态或液态反应物的浓度、固态反应物的接触面积等。

（1）小组的同学们不加催化剂，在不同温度下，用不同浓度的过氧化氢溶液进行实验，记录实验现象如表。

据此可得出：

①_________ (填“升高”或“降低”)反应物温度可加快过氧化氢的分解。

②_________ (填“增大”或“减小”)反应物浓度可加快过氧化氢的分解。

（2）小组同学们通过下面对照试验，探究氧化铜(CuO不溶于水)对过氧化氢分解的催化作用。

填写下表：

（3）控制变量法是化学常用的探究方法，在探究不同种类的物质对过氧化氢的催化作用时，可以通过比较：

①相同时间内生成氧气的体积，体积越多，催化效果越_________ (填“好”或“差”)。

②生成同等体积的氧气，所需时间越_________ (填“长”或“短”)，催化效果越好。

3．小明学习了“催化剂”知识后，对双氧水分解的催化剂的种类进行了如下探究：

（1）写出实验室用双氧水和二氧化锰混合制取氧气的化学方程式：__________________。

（2）【提出问题】双氧水分解只能用二氧化锰作为催化剂吗？

【猜想与假设】能作为双氧水分解的催化剂的物质不一定只有二氧化锰一种。

【设计实验】实验装置如图：（取用10mL5%的双氧水）

实验前检查该装置气密性的方法是__________________________________________________________。

（3）实验编号①的作用是_________；要定量比较反应快慢，可测量相同时间生成气体的_________。

（4）通过比较发现，在相同时间内，a<c，小明认为硫酸铜可以做双氧水分解的催化剂，他的观点错误的理由是___________________________。

【得出结论】实验结束后，得出FeCl₃和CuSO₄都可以做双氧水分解的催化剂。

（5）小明用压强传感器测加入FeCl₃后压强变化情况，曲线上升到最高点后突然下滑，请你分析曲线突然下滑的可能原因：_____________________________________________。

（6）请在下面坐标轴中画出实验①③产生氧气含量的示意图（用编号标出曲线的名称）。

4．某研究性学习小组对双氧水开展如下研究。

（1）图1装置中反应的化学方程式为___________________________。

（2）小红同学将MnO₂与水泥按一定比例混合，制作成小块状固体，加入图2装置中以方便实验结束回收二氧化锰。其中块状固体应放置在_________处（填“A”或“B”），其中二氧化锰的作用是__________________。

（3）小亮发现：收集的氧气占集气瓶容积的60%（空气占40%）时，能使带火星的木条复燃。那么，使带火星的木条复燃的氧气浓度的最低值是多少呢？小亮对此展开探究。

第一组实验：取5只集气瓶，编号为①、②、③、④、⑤，分别装入其总容积10%、20%、30%、40%、50%的水。用排水法收集氧气，恰好把5只集气瓶中的水排去。将带火星的木条依次插入①～⑤号瓶中，记录实验现象。

小亮在前一组实验的基础上又做了第二组和第三组实验。三组实验的数据和现象见表：

请根据实验回答下列问题：

①收集的氧气占容积的体积分数最低为_________%时，可使带火星的木条复燃。

②本实验中使用带火星的木条验满氧气的方法是否可靠：_________（填“是”或“否”）。

③用带火星的木条直接检验双氧水受热分解产生的氧气时，往往难以复燃，这是因为在加热生成氧气的同时产生大量水蒸气所致，此时混合气体中氧气的体积分数随温度变化的曲线如图3所示。若只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响，欲使带火星的木条复燃，应将加热双氧水的最高温度控制在_________℃。

5．化学兴趣小组的同学们用如图1装置制取氧气并进行相关探究。

【实验步骤】

步骤1：关闭弹簧夹，将纱布袋伸入双氧水中；

步骤2：提起纱布袋，打开弹簧夹，挤压氮气袋；

步骤3：关闭弹簧夹，将纱布袋伸入双氧水中；

步骤4：点燃酒精灯；

步骤5：保持酒精灯燃烧，提起纱布袋。

（1）【实验分析】在连接好装置后，关闭弹簧夹，将锥形瓶置于冰水中，观察到烧杯中的导管内形成一段液柱，且液面不下降，说明__________________。

（2）锥形瓶中发生反应的化学方程式为___________________________。

（3）步骤4中点燃酒精灯一段时间后，观察到的现象是____________________________________。

（4）对比步骤_________的现象，得出可燃物燃烧需要温度达到可燃物的着火点；对比步骤4、5的现象，得出可燃物燃烧需要的条件是__________________。

（5）【拓展延伸】已知过氧化钠与二氧化碳反应会生成氧气和碳酸钠且反应放出大量的热。

如图2所示：在空气中放置时，两团棉花均不燃烧；若将足量二氧化碳倒入烧杯时，可以观察到的现象有：①蜡烛熄灭；②沾有过氧化钠粉末的棉花燃烧；③未沾有过氧化钠粉末的棉花不燃烧。从燃烧条件的角度分析，写出产生现象②的原因_____________________________________________，写出过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式___________________________。

6．过氧化氢水溶液俗称双氧水，为无色透明液体，是一种强氧化剂，其化学性质非常活泼，极易分解为氧气和水，无残留毒性。过氧化氢不会对环境造成二次污染，故被称为最清洁的消毒剂。

化学项目学习小组探究以H₂O₂溶液为原料制备O₂并验证物质燃烧的条件。

实验过程：

【配制溶液】

（1）用如图所示的整瓶溶液配制溶质质量分数为10%的过氧化氢溶液，需加水_________ g。

（2）请写出其在MnO₂的催化作用下分解的化学方程式：___________________________。

（3）【制取氧气】

用甲装置制取氧气

①甲装置用MnO₂作催化剂，先用黏合剂将MnO₂粉末制成团状。团状MnO₂应放在______________(选填“试管底部”或“多孔隔板上”)。

②打开活塞K，经长颈漏斗问试管中缓慢加入H₂O溶液至浸没团状MnO₂，立即产生O₂，收集完后，　          　  (填操作)，反应随后停止。

（4）用乙装置制取氧气

乙装置用铂丝(可上下抽动)作催化剂。安全管下端浸没于H₂O₂溶液中，将铂丝插入溶液，立即产生O_2.若烧瓶内压强过大，安全管中出现的现象是_________。当出现上述现象时，应采取的措施是___________________________。

（5）【探究可燃物燃烧条件】(白磷的着火点为40℃，红磷的着火点为240℃)。

利用所制的氧气进行图丙实验：可观察到铜片上白磷和水中的白磷都发生了燃烧，而红磷未燃烧。白磷燃烧的化学反应方程式为__________________。该实验说明物质燃烧需要的条件是_________ (选填字母)。

A．可燃物        B．温度达到着火点      C．需要氧气参与

7．实验室制取氧气，可供选择的实验装置如图所示。

①写出图中标号的仪器名称：a_________，b_________；

②写出用A装置制取氧气的文字表达式：___________________________；B装置中试管口略向下倾斜的原因是____________________________________；若将B、C装置组装在一起制氧气，实验结束，停止加热前要先进行的操作是__________________。

③若用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，应选用的发生装置是_________（填字母）。在加试剂之前的操作是__________________

④收集较纯净的氧气可选用的装置是_________（填字母）。

⑤已知一氧化氮气体的密度比空气略大，难溶于水，在空气中容易与氧气发生反应，则收集一氧化氮气体时应选用图中装置_________（填字母）。

8．实验小组同学在学习过氧化氢制氧气的实验后，决定研究“影响过氧化氢分解生成氧气快慢的因素”的课题。

【猜想假设】反应物的浓度和催化剂的用量会影响过氧化氢分解生成氧气的快慢。

【进行实验】实验装置图如下：

实验：探究过氧化氢溶液浓度对过氧化氢分解生成氧气快慢的影响。

实验数据记录如下(实验均在室温下进行)：

实验2：探究催化剂用量对过氧化氢分解生成氧气快慢的影响。

实验数据记录如下(实验均在室温下进行)：

【解释与结论】

（1）过氧化氢溶液属于_________ (填“纯净物”或“混合物”)。

（2）过氧化氢在二氧化锰催化作用下反应的文字表达式为___________________________。

（3）实验装置中各导管口的连接顺序为a→_________→d。

（4）由实验1可得到的结论是_______________________________________________________________。

（5）通过实验2得到“其他条件相同时，二氧化锰的质量越大，过氧化氢分解生成氧气 如越快”的结论，则x₁ 、x₂ 、x₃数值大小关系为__________________。

（6）【实验拓展】

你还想研究的问题是______________________________________________________。

9．催化剂可显著提高反应效率，二氧化锰是常见的催化剂。

（1）实验室用H₂O₂溶液制取氧气，常用MnO₂作催化剂，反应的化学方程式是__________________；用排水法收集氧气，是因为氧气_________溶于水。

（2）FeCl₃对H₂O₂分解也有催化作用。为比较MnO₂和FeCl₃对H₂O₂分解快慢的不同影响，用下图左侧装置进行实验：启动传感器，注入H₂O₂溶液。氧气体积分数随时间变化情况如下：

①初始时氧气的体积分数不为0，原因是_____________________________________________。

②使H₂O₂分解较快的催化剂是_________（填MnO₂或FeCl₃)。判断依据是_______________________________________________________________。

③用5% H₂O₂溶液制取氧气，若采用下图所示装置进行实验，上述两种催化剂中较为合适的是__________________。

10．某化学兴趣小组进行了“寻找新的催化剂”的如下研究性实验。

【提出问题】

①二氧化锰常用作氯酸钾和过氧化氢分解的催化剂，其它物质是否也可以用作该反应的催化剂呢？

②除了催化剂还有其它因素影响化学反应的速率吗？

（1）【查阅资料】

研究表明，许多物质对氯酸钾的分解有催化作用，分别用它们作催化剂，氯酸钾开始发生应和反应剧烈时的温度如下表所示：

通过分析资料中的数据，实验室用氯酸钾制氧气，如果不用二氧化锰，最好选用上述表格中的某一种物质作为催化剂，写出用该方法制取氧气的符号表达式__________________。

（2）【实验探究一】

①将3g氯酸钾放在试管中加热。

②将3g氯酸钾与1g二氧化锰混合均匀后加热。

③将xg氯酸钾与1g氧化铜混合均匀后加热。

④从实验③反应后的固体中提取其中的氧化铜，称量，结果为1g。

⑤将实验④后得到1g固体和xg氯酸钾混合均匀后加热，现象与实验③相同。

【分析实验】

a.实验③中x的值应为_________。

b.通过实验④可以得出的结论是____________________________________。

c.通过实验⑤可以得出的结论是____________________________________。

d.实验②③对比的目的是_____________________________________________。

【实验结论】氧化铜确实也能做氯酸钾分解的催化剂。

（3）【实验探究二】

影响化学反应的速率除了催化剂以外，还有其它因素吗？以下是另一实验小组探究影响过氧化氢反应速率部分因素的相关实验数据。

a.通过实验①和②对比可知，化学反应速率还与_________有关：

b.通过对比实验③和④，得出结论____________________________________。

11．催化剂在化学反应中起着非常重要的作用，某兴趣小组进行如下探究。

（1）【探究一】氧化铜能否加快氯酸钾制取氧气的反应速率

用如图装置进行实验，实验均以生成 25mL气体为准，相关装置和数据见下表：（可能影响实验的因素均已忽略）

上述实验中的“待测数据”是____________________________________。

（2）若 c_________a（填“>”“=”或“<”），通过上述实验可知在某温度下氧化铜能加快氯酸钾制取氧气的反应速率。

（3）【探究二】为证明氧化铜是该反应的催化剂，同学们又进行了以下的实验：

[查阅资料]氯酸钾和氯化钾均易溶于水。

Ⅰ、在实验③反应后的混合物中加足量的水溶解，过滤得到固体，洗涤、干燥并用天平称量，质量为0.5g。

Ⅱ、将一定量的CO通入滤出的固体，按下图进行实验：

玻璃管内的实验现象___________________________，写出瓶内澄清石灰水变浑浊的化学方程式____________________________________。

[实验结论]氧化铜能在氯酸钾制取氧气反应中起催化作用。

（4） [实验反思]

小华同学发现【探究二】（Ⅱ）中的实验装置从环保角度考虑有一个缺陷，改进的方法是___________________________；该实验中点燃酒精灯前，先通CO一段时间的目的是_______________________________________________________________。

（5）【探究三】氧化铜与二氧化锰对于过氧化氢的催化效果进行比较。

小青同学用图1所示的装置进行了两次实验，在试管中分别加入等质量的氧化铜和二氧化锰，分别将注射器内盛有的双氧水缓慢注入试管中，利用注射器收集氧气，收集到氧气的体积和时间的关系如图2所示。

通过对图像2的分析，能得出的结论有：

①_______________________________________________________________；

②____________________________________。

（6）由氧化铜催化的反应，t₁-t₂时间段反应速率逐渐变慢，原因是________________________________________________________________________。

12．某化学兴趣小组阅读课外资料得知，双氧水分解除了二氧化锰作催化剂，还可以用氧化铜等物质作催化剂，于是对氧化铜产生了探究兴趣。

【提出问题】氧化铜是否也能作氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果更好？

（1）表中x应该是_________；上述实验测量的“待测数据”是_____________________________________。

（2）若实验②比实验①的“待测数据”更___________________________ (填“大”或“小”)，说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率。

（3）对实验②反应后的固体加水溶解、过滤、洗涤、干燥，称量得到0.5g黑色粉末，这是为了证明氧化铜的_________在反应前后没有改变。

（4）【预期结论】氧化铜也能作氯酸钾分解的催化剂。

【评价设计】你认为设计实验③和实验②对比的目的是____________________________________；上述实验探究不能证明氧化铜能作氯酸钾分解的催化剂，其理由是_______________________________________________________________。

（5）【实验拓展】大家从课外资料上还获得下列信息：氧化铁、硫酸铜、猪肝、马铃薯等也可以作过氧化氢分解的催化剂。下列有关催化剂的说法正确的是_________。

A．二氧化锰可作任何反应的催化剂

B．同一个反应可能有多种催化剂

C．催化剂一定能加快反应速率

D．没有催化剂化学反应不能发生

E.对很多工业反应，加入催化剂能起到增加生成物的质量的效果

…………

参考答案

1．（1）（2）氧气中水蒸气含量较大，氧气不纯（3）5；①；②；<

（4）反应为放热反应；二氧化锰；慢；随着反应进行，过氧化氢浓度减小，反应速率减慢

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