四、分析与计算题(8分)
21 化学兴趣小组用一瓶久置的过氧化氢溶液制取氧气并测量过氧化氢的质量分数。现称量68 g过氧化氢溶液和0.1 g二氧化锰进行实验,反应前后质量随时间的变化关系如图。请完成下面分析与计算:
(1)最后反应的剩余物中二氧化锰的质量是
0.1 g
。
(2)由图像可知,随着反应的进行,反应速率逐渐减小,你认为可能的原因是
过氧化氢溶液的浓度越来越小
。
(3)计算该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数。
$(过氧化氢的质量分数=\frac{过氧化氢的质量}{过氧化氢溶液的质量}×100\%)$
答案：(1) 0.1 g
(2) 过氧化氢溶液的浓度越来越小
(3) 解:生成氧气的质量为68.1 g-67.3 g=0.8 g。设参加反应的过氧化氢的质量为x。
$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}}2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
68 32
x 0.8 g
$\dfrac{68}{32}=\dfrac{x}{0.8\ \mathrm{g}}$ $x=1.7\ \mathrm{g}$
该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为$\dfrac{1.7\ \mathrm{g}}{68\ \mathrm{g}}×100\%=2.5\%$。
答:该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为2.5%。
解析：
【分析】
本题需结合催化剂的性质、反应速率的影响因素以及质量守恒定律和化学方程式计算来解答：①二氧化锰作为催化剂，反应前后质量不变，据此可确定剩余二氧化锰的质量；②反应速率与反应物浓度相关，过氧化氢分解时浓度降低会使速率减慢；③利用质量守恒计算生成氧气的质量，再通过化学方程式求出过氧化氢质量，最后计算其质量分数。
【解析】
(1) 二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂，催化剂在化学反应前后质量保持不变，初始二氧化锰质量为0.1g，因此反应后剩余物中二氧化锰的质量为0.1g；
(2) 随着过氧化氢分解反应的进行，溶液中过氧化氢的浓度逐渐减小，反应物浓度降低会导致反应速率减慢，故反应速率逐渐减小；
(3) 根据质量守恒定律，生成氧气的质量为反应前后总质量的差值：$68.1\ \mathrm{g} - 67.3\ \mathrm{g} = 0.8\ \mathrm{g}$。
设参加反应的过氧化氢的质量为$x$，
$\ce{2H_{2}O_{2}\xlongequal{MnO_{2}}2H_{2}O + O_{2}\uparrow}$
$\frac{68}{32} = \frac{x}{0.8\ \mathrm{g}}$
解得：$x = 1.7\ \mathrm{g}$
该过氧化氢溶液中过氧化氢的质量分数为：$\frac{1.7\ \mathrm{g}}{68\ \mathrm{g}}×100\% = 2.5\%$
【答案】
(1) 0.1 g
(2) 过氧化氢溶液的浓度越来越小
(3) 2.5%
【知识点】
催化剂的性质、化学方程式计算、质量守恒定律
【点评】
本题结合图像考查化学基础知识点，涵盖催化剂特征、反应速率影响因素及化学计算，是化学学科的典型基础题型，注重对学生核心知识的应用能力考查。
【难度系数】
0.6
