Question

【題目】回歸、改進、拓展教材實驗，是高考化學實驗考查的常見形式。

I．甲組同學在進行《必修二》實驗2-5“Fe3+離子在H2O2溶液分解實驗中的催化作用”時，進行了以下探究。基于目前學過的元素周期表的相關知識，該小組推測了同為第四周期第VIII族的Fe、Co、Ni可能有相似的催化機理。

【查閱資料】：鈷及其化合物廣泛應用于磁性材料、電池材料及超硬材料等領域。其中CoxNi(1-x)Fe2O4（其中Co、Ni均為+2價）也可用作H2O2分解的催化劑，具有較高的活性。

（1）寫出H2O2溶液在Fe3+催化下分解的化學方程式__________________________________。

（2）①該催化劑中鐵元素的化合價為 。

②下圖表示兩種不同方法制得的催化劑CoxNi(1-x)Fe2O4在10℃時催化分解6%的H2O2溶液的相對初始速率隨x變化曲線。由圖中信息可知： 法制取得到的催化劑活性更高，由此推測Co2+、Ni2+兩種離子中催化效果更好的是 。

II．乙組同學在進行《選修四》實驗2-2“草酸溶液濃度對酸性高錳酸鉀溶液褪色時間的影響”時，發現溶液褪色總是先慢后快，該小組設計了如下過程探究其原因：

【查閱資料】KMnO4溶液氧化H2C2O4的反應歷程為（流程中“III”等為Mn的價態）：

【提出假設】假設1：該反應為放熱反應

假設2：反應生成的Mn2+ 對該反應有催化作用

假設3：K+ 對該反應有催化作用

【設計、完成實驗】

（3）稱取 g草酸晶體(H2C2O4·2H2O)，配制500 mL 0.10 mol/L H2C2O4溶液。在上述過程中必須用到的2種定量儀器是托盤天平和

（4）完成探究，記錄數據

實驗 編號	燒杯中所加試劑及用量(mL)				控制條件	溶液褪色時間(s)
	0.10 mol/L H2C2O4溶液	等濃度 KMnO4溶液	H2O	0.50 mol/L 稀硫酸
1	30	20	30	20		18
2	30	20	30	20	水浴控制溫度65 ℃	15
3	30	20	30	20	加入少量MnSO4固體	3.6
4	30	20	x	20	加入5 mL 0.10 mol/L K2SO4溶液	18

仔細閱讀分析表中數據，回答問題：

x = mL，假設__________成立（填“1” 、“2”或“3”）

Answer 1

【答案】（1）2H2O2 2H2O + O2↑

（2）①+3價 ② 微波加熱 Co2+ （3）6.3 g 500 mL 容量瓶 （4）25 2

【解析】

試題分析：（1）H2O2溶液在Fe3+催化下分解生成水和氧氣，反應的化學方程式為2H2O2 2H2O + O2↑。

（2）①根據化合價代數和為0計算Fe的化合價，CoxNi(1-x)Fe2O4中Co、Ni均為+2，O為-2價，則Fe的化合價為4×2-(2x+2-2x)÷2=+3；

②過氧化氫的分解速率越大，催化劑活性越高，根據圖象可知，x相同時，微波水熱法初始速度大于常規水熱法，所以微波水熱法制得催化劑的活性更高；由圖可知，隨x值越大，過氧化氫的分解速率越大，而x增大，Co2+的比例增大，所以Co2+的催化活性更高。

（3）（1）n(H2C2O4)= 0.5L ×0.10mol/L=0.05mol,所以m(H2C2O4·2H2O)= 0.05mol×126g/mol=6.3g，因此要稱取6.3g草酸晶體（H2C2O4·2H2O），來配制500mL 0.10mol/L H2C2O4溶液；因為要稱量6.3g固體物質，要配制500mL溶液，所以在上述過程中必須用到的2種定量儀器是托盤天平和500ml容量瓶。

（4）根據表格數據可知：4與3不同之處就是4中含有一定量的K2SO4溶液，其它都應該相同，忽略溶液的體積變化，則x應該是加入25ml的水；根據1、2可知溫度對溶液的褪色時間影響并不大，說明假設1不成立；根據1、3可知當溶液中含有少量的Mn2＋時反應速率大大加快，說明Mn2＋對該反應影響大，是反應的催化劑，假設2成立；根據1、4比較可知K+對該反應無影響，假設3錯誤。