Question

研究發(fā)現(xiàn)CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₄）₃都可作為H₂O₂分解的催化劑，下面是對(duì)它們催化劑性能的探究，請(qǐng)你一起參與：
【使用藥品】30% H₂O₂溶液，10% CuCl₂溶液，10% CuSO₄溶液，10% FeCl₃溶液和10% Fe₂（SO₂）₃溶液
【提出問(wèn)題】CuCl₂、CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃四種鹽中哪種催化劑更好？
實(shí)驗(yàn)Ⅰ：
步驟一：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL 10% CuCl₂溶液，記錄收集20mL氣體所用的時(shí)間t₁，該實(shí)驗(yàn)發(fā)生反應(yīng)的方程式為

 

步驟二：將CuCl₂依次改為CuSO₄、FeCl₃和Fe₂（SO₂）₃，其它條件不變，重復(fù)步驟一的操作，記錄時(shí)間分別為t₂、t₃、t₄．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

	t1 （10% CuCl2）	t2 （10% CuSO4）	t3 （10% FeCl3）	t4 （10% Fe2（SO2）3）溶液
收集20mlL氣體所用的時(shí)間	4min55s	5min05s	2min	4min10s

上述實(shí)驗(yàn)用到了控制變量法，其中除反應(yīng)的溫度、過(guò)氧化氫溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)、體積需要控制相同外，還需控制相同的量有

 

．
【得出結(jié)論】四種鹽中對(duì)H₂O₂分解催化性最好的是

 

【實(shí)驗(yàn)反思】（1）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)t₁近視等于t₂，t₃近視等于t₄的事實(shí)，可初步判斷催化劑的催化性能主要與

 

有關(guān)．
（2）實(shí)驗(yàn)中除了可以用“收集等體積氣體所用的時(shí)間”作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)外，還可以通過(guò)測(cè)量

 

作為實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)．
【提出問(wèn)題2】同時(shí)使用兩種鹽時(shí)，催化性能如何變化？
實(shí)驗(yàn)Ⅱ
步驟一：配制混合溶液--取10mL 10% FeCl₃溶液，向其中加入1mL 10% CuCl₂溶液，配成FeCl₃-CuCl₂混合溶液．
步驟二：取30% H₂O₂溶液20mL，用注射器迅速加入1mL上述FeCl₃-CuCl₂混合溶液，記錄收集20mL氣體所用時(shí)間t₅，t₅的范圍是

 

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【得出結(jié)論】同時(shí)使用兩種鹽時(shí)，催化性能更好．
【拓展延伸】雙金屬催化劑是過(guò)去幾十年來(lái)催化領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，該結(jié)合試驗(yàn)Ⅱ，提出一條有關(guān)“FeCl₃-CuCl₂雙金屬催化劑”的探究問(wèn)題：

 

．

Answer 1

考點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)探究物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律,催化劑的特點(diǎn)與催化作用,書(shū)寫(xiě)化學(xué)方程式、文字表達(dá)式、電離方程式

專(zhuān)題：科學(xué)探究

分析：【提出問(wèn)題1】根據(jù)信息寫(xiě)出反應(yīng)的方程式；根據(jù)實(shí)驗(yàn)中涉及的量分析自變量和因變量分析；
【得出結(jié)論】分析表格用的時(shí)間長(zhǎng)短分析得出結(jié)論；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）根據(jù)選擇的催化劑的相同點(diǎn)分析；（2）收集等體積氣體所用的時(shí)間或相同時(shí)間收集氣體的體積都能夠比較催化劑的效果；
【提出問(wèn)題2】根據(jù)結(jié)論分析時(shí)間范圍；
【拓展延伸】可以提出如FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等）．

解答：解：【提出問(wèn)題1】過(guò)氧化氫在氯化銅的催化作用下產(chǎn)生水和氧氣，反應(yīng)的方程式為：2H₂O₂

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑；
因?yàn)榇呋瘎┑牧窟�會(huì)影響反應(yīng)的速率，因此還需控制相同的量有：催化劑溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積（或催化劑的用量）；
【得出結(jié)論】收集20mlL氣體所用的時(shí)間，氯化鐵用的時(shí)間最短，說(shuō)明氯化鐵的催化效果最好；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)t₁近視等于t₂，t₃近視等于t₄的事實(shí)可以看出氯化銅和硫酸銅具有相同的銅離子，氯化鐵和硫酸鐵具有相同的鐵離子，因此可初步判斷催化劑的催化性能主要與金屬離子（或金屬元素）有關(guān)；
（2）也可以通過(guò)比較相同時(shí)間收集氣體的體積來(lái)不及催化效果；
【提出問(wèn)題2】根據(jù)結(jié)論同時(shí)使用兩種鹽時(shí)，催化性能更好，因此應(yīng)該比氯化鐵單獨(dú)的催化效果好，故t₅＜2min；
【拓展延伸】FeCl₃-CuCl₂雙金屬催化劑效果好，還需要研究FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等合理答案均可）．
故答案為：【提出問(wèn)題1】2H₂O₂ 

CuCl2  .

2H₂O+O₂↑
還需控制相同的量有：催化劑溶液的溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和體積（或催化劑的用量）
【得出結(jié)論】FeCl₃
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）金屬離子（或金屬元素）（2）相同時(shí)間收集氣體的體積
【提出問(wèn)題2】t₅＜2min
【拓展延伸】FeCl₃與CuCl₂以什么比例混合催化性能最好（或FeCl₃與CuCl₂的混合比例與催化性能的關(guān)系等合理答案均可）

點(diǎn)評(píng)：本題屬于信息題的考查，考查了催化劑的催化效果的探究，通過(guò)控制變量法的思想進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，得出結(jié)論，能夠考查學(xué)生的知識(shí)分析、運(yùn)用能力．