2023年9月21日,“天宫课堂”第四课在中国空间站正式开讲,这是中国航天员首次在梦天实验舱内进行授课。航天员在空间站呼吸的氧气有三种来源:第一种是携带的纯氧氧气瓶;第二种是利用电解水的方式产生的氧气和氢气,氧气可以供宇航员呼吸,氢气可以用作燃料。氢气是一种无色,无味的气体,密度比空气小:第三种是利用固体氧气发生器产生的氧气。
臭氧()是地球大气中的一种微量气体。主要分布在距离地面10~50km的大气层中,形成所谓的臭氧层。所起的作用非常重要,它能吸收太阳光中绝大部分的紫外线,使地球上的生物免受紫外线的伤害。
与氧气()不同,通常状况下是淡蓝色气体,有鱼腥味。在一定条件下,可以转化为。研究人员分别在充满氧气、空气的反应器中,用臭氧分析仪监测紫外灯照射产生的臭氧浓度随时间的变化。实验结果见图1。比活泼得多,是一种强氧化性气体,具有较强杀菌能力,可用于污水处理等工艺中、研究人员通过实验研究了臭氧浓度与其杀菌效果的关系,结果见图2。
随着人们对认识的不断深入,它的应用范围也在日益扩大。
在学习完“二氧化锰催化过氧化氢制氧气”的知识后,有一天某校化学兴趣小组同学无意中发现过氧化氢溶液和“84”消毒液以及氧化铜混合后均产生了大量气泡,有同学对此产生了疑惑——“84”消毒液能否作过氧化氢分解的催化剂呢?催化过氧化氢分解除了二氧化锰外是否有更好的催化剂呢?于是同学们在老师的指导下对这两个问题展开了探究活动。
【资料】①“84”消毒液的有效成分是次氯酸钠。
②“84”消毒液和过氧化氢溶液混合能产生氧气。
③氧化铜是过氧化氢分解的催化剂。
探究一:探究次氯酸钠能否作过氧化氢分解的催化剂。
【设计实验】同学们设计了如右上图所示实验装置进行探究,(图中省略了相应固定装置,实验过程中忽略大气压、温度、摩擦等其他因素对测量结果造成的影响)
【进行实验】
(1)步骤Ⅰ:连接仪器,并________;
步骤Ⅱ:向锥形瓶中加入30mL“84”消毒液,然后用注射器吸取25mL过氧化氢溶液,塞紧橡胶塞;
步骤Ⅲ:将注射器中的过氧化氢溶液平均分5次(每次5mL)推入锥形瓶中;每次推入过氧化氢溶液,待不再产生气泡后,读出量筒中水的总体积如表所示。(忽略其他因素对测量结果的影响)
第1次 | 第2次 | 第3次 | 第4次 | 第5次 | |
量筒中水的总体积/mL | 140 | 280 | 365 | 370 | x |
【讨论与分析】
(2)下列有关该实验的数据分析中,正确的是____________.
A. 第1次实验产生的气体为140mL | B. 前两次实验产生气体的总体积为270mL |
C. 表格中x的值是370 | D. 最后两次实验没有气体产生 |
(3)小组同学根据表中数据分析得出结论:在次氯酸钠和过氧化氢的反应中,次氯酸钠的作用是________(填“作反应物”或“作催化剂”)。
探究二:氧化铜与二氧化锰的催化效果比较
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等体积相同、等浓度的过氧化氢溶液注入试管中,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。
(4)实验中造成U形管内红墨水液面左低右高的可能原因是________.
(5)通过图像2除了能得出二氧化锰催化效果比氧化铜好,还能得出的结论是________。
(6)由氧化铜催化的反应,时间段反应速率逐渐变慢的原因是,随着反应的进行,________,导致反应速率减慢。
称量时间/分钟 | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
产生氧气的质量/g | 0 | 2.8 | 4.4 | 5.6 | 6.0 | 6.4 | 6.4 |
请回答下列问题: