中小学教育资源及组卷应用平台
第1讲 空 气
考点1 空气、燃烧条件
1.下列实验中,能证明燃烧需要氧气的是 ( )
答案 D
解析 A项,题图中的酒精和水分别放在酒精灯上加热,酒精能燃烧,水不能燃烧,能证明燃烧需要有可燃物。B项,题图中的两处红磷均能与氧气接触,左边的红磷不能燃烧,右边的红磷能燃烧,能证明燃烧需要温度达到可燃物的着火点。C项,题图中火柴头先燃烧,火柴梗后燃烧,能证明燃烧需要温度达到可燃物的着火点。D项,题图试管中的白磷能与氧气接触,能燃烧;水中的白磷不能与氧气接触,不能燃烧,能证明燃烧需要氧气。故选D。
2.火是文明的起源,人类取火的方法经过了漫长的演变过程。
(1)古人取火时,用火镰击打火石,产生的火花引燃可燃物。艾绒是一种常用的引燃物,主要是它的 ,因而容易点燃。
(2)1830年发明了火柴。原理是将白磷、硫、KClO3、MnO2混合,摩擦后发生KClO3分解等一系列反应,引燃火柴杆。推测KClO3在此过程中的作用是 ,使燃烧更剧烈。
答案 (1)着火点低 (2)提供氧气
解析 (1)艾绒容易点燃,说明艾绒的着火点低。(2)氯酸钾分解可以生成氧气,为燃烧提供氧气,使燃烧更剧烈。
3.建构合理的思维模型,既能促进深度学习,又能提高思维品质。小科建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型:
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究,忽略含量很低的其他物质,空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质,测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气,液氮先汽化。从建模角度分析,该操作属于上述思维模型中的 。
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应,测定混合物中某组分的含量。
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时,止水夹最合理的打开时间是 (填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”)。
【交流评价】
(3)已知:在氧气不充足时,碳与氧气反应生成一氧化碳,一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷,等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水,规范操作后,测得的氧气含量将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【继续探究】
(4)运用上述思维模型,小科又设计了图乙的实验装置,其“测定空气中氧气含量”的原理是
。
答案 (1)分离转移 (2)冷却到室温时 (3)偏小 (4)铜和装置中的氧气反应,生成氧化铜固体,装置内的气体冷却到室温时,注射器内减少的体积即为装置内氧气的体积,氧气的体积与反应前装置内的总体积之比即为氧气的含量
解析 (1)液氮沸点更低,先从液态空气中汽化分离,属于题干思维模型中的分离转移。(2)用题图甲装置测量空气中氧气含量时,是利用红磷燃烧消耗集气瓶中的氧气形成气压差。因反应结束时瓶内气温很高,使得气压偏大,使进去的水量偏少,从而使测量结果偏小;所以打开止水夹的最佳时机是冷却到定温时。(3)因碳与氧气反应生成的一氧化碳不溶于水且不与碱反应,所以,一氧化碳会存在于集气瓶中,使得瓶内气压偏大,进去的水量偏少,测得的氧气含量偏小。
4.为提高测定空气中氧气含量实验的精确度,科学兴趣小组对课本实验进行了创新改进。
【实验步骤】①取一根玻璃管,用橡皮塞将一端密封;
②将食品脱氧剂粉末迅速装入玻璃管,立即向管口注入一滴水将玻璃管密封,水滴的下端标为A,弹动玻璃管使脱氧剂粉末分布均匀且紧密,脱氧剂的上端标为O,如图甲所示;
③水平滚动玻璃管,使食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中,静置至水滴不再移动时,水滴的右端标为B,如图乙所示;
④用刻度尺测量出AO段和AB段的长度,并计算出AB与AO的比值,将数据记录在表格中;
⑤洗涤、干燥实验装置,重复上述实验。
实验次数 AO/mm AB/mm AB/AO
1 523.5 109.5 0.209 2
2 525.5 110.0 0.209 3
3 527.0 110.5 0.209 7
【得出结论】根据表格中的实验数据,可知空气中氧气含量为 。(用百分数表示)
【思考讨论】
①实验步骤③中,将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中的目的是 。
②实验步骤②中,如果玻璃管内的脱氧剂粉末分布不够紧密,会使实验结果偏大,其原因是 。
答案 【得出结论】20.94% 【思考讨论】①增大接触面积,使氧气被脱氧剂粉末充分吸收 ②脱氧剂粉末分布不够紧密,导致空气柱测量值偏小(合理即可)
解析 【得出结论】根据题述实验结果,计算三次平均值,即可求出空气中氧气的含量,所以氧气含量=×100%=20.94%。【思考讨论】①粉末平铺后,增大了粉末与气体的接触面积,使脱氧剂与氧气充分接触,保证反应充分进行,使测定结果更加准确;②脱氧剂粉末分布不够紧密,造成内部存在间隙,使得初始气体体积变小,而脱氧剂粉末吸收氧气完成后,粉末紧密分布,导致测量的吸收气体体积偏大,所以导致实验结果偏大。
方法技巧 根据已有知识,在情境相似的情况下,大胆地进行知识迁移,是解决新问题的一种重要方法。
考点2 氧气、二氧化碳的制取与性质
5.下列有关说法正确的是( )
A.O2具有助燃性
B.铁生锈属于物理变化
C.金属活动性Cu比Mg强
D.KClO3属于氧化物
答案 A
解析 氧气具有助燃性,A正确;铁生锈的过程中有新物质生成,属于化学变化,B错误;Cu的金属活动性比Mg弱,C错误;氧化物由两种元素组成,其中一种是氧元素,D错误。
6.实验室提供H2O2溶液、MnO2、KClO3和KMnO4四种药品及下列装置。
根据要求完成下列问题:
(1)根据提供的药品,写出一种实验室制取O2的化学方程式: ;
(2)选择装置B和C制取氧气的主要步骤有:①将导气管移出水槽;②加热;③装药品;④收集;⑤熄灭酒精灯;⑥检查装置气密性。正确的操作顺序为 。
答案 (1)2KClO3 2KCl+3O2↑或2H2O2 2H2O+O2↑或2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑
(2)⑥③②④①⑤
解析 (1)实验室制取氧气的方式:①H2O2分解;②高锰酸钾加热分解;③氯酸钾加热分解。(2)注意:检查装置气密性为第一步,实验结束后要先移出导管,再熄灭酒精灯,防止倒吸。
7.小明查阅资料得知:除二氧化锰外,许多水果对过氧化氢分解也有催化作用。为了探究苹果质量对过氧化氢分解速度的影响,用图甲所示装置(固定装置未画出)进行以下实验。
甲
①检查装置气密性。
②称取1克苹果,切成小块放入烧瓶中,量取10毫升溶质质量分数为5%的过氧化氢溶液倒入烧瓶中,迅速塞紧塞子,当液滴移至A点时开始计时。
③当观察到液滴恰好移至B点时(AB间玻璃管容积为6毫升),记录所需时间。
④依次用不同质量的苹果重复步骤②和③,记录并处理数据,结果如图乙。
乙
(1)小明把烧瓶放在盛有水的水槽中进行实验,目的是保持温度不变。温度升高会导致液滴移动变快,原因是 。(例举一个)
(2)本实验可得出的结论是 。
(3)若用20毫升5%的过氧化氢溶液与6克苹果重复上述实验,预测实验中步骤③记录的时间是 秒。
答案 (1)温度升高导致生成的气体膨胀,体积变大(其他合理答案也可)
(2)过氧化氢溶液用量一定时,其分解速度随苹果质量的增大而增大,且增大得越来越慢
(3)100
解析 (1)气体具有热胀冷缩的性质,温度升高,气体膨胀。(2)本实验探究的是分解速度和苹果质量间的关系,分析题图乙可以得出正确的结论。(3)6克苹果放入20毫升5%的过氧化氢溶液中,相当于2份3克苹果分别放入2份10毫升5%的过氧化氢溶液中,所以得到相同体积气体所需的时间为3克苹果放入10毫升5%的过氧化氢溶液的一半。3克苹果放入10毫升5%的过氧化氢溶液中步骤③所记录的时间为6毫升÷0.03毫升/秒=200秒,所以6克苹果放入20毫升5%的过氧化氢溶液,实验中步骤③记录的时间为200秒÷2=100秒。
8.小嘉用H2O2溶液制取氧气时,在烧瓶中加入50毫升水及0.5克MnO2,再往分液漏斗中加入30毫升15%的H2O2溶液。为什么要加入50毫升水呢 查阅资料发现:在不加入水时,若注入H2O2溶液速度过快,反应会过于剧烈而引发事故。
【提出问题】水是如何减缓该反应速度的呢
【建立假设】水可以降低H2O2溶液浓度,从而减缓反应速度。
【实验方案】他利用如图装置,在相同条件下,分别用30毫升的1%、3%和7%的H2O2溶液进行实验,观察并比较。
【实验结论】加水降低了H2O2溶液的浓度,使反应速度变慢。
【交流反思】
(1)为了更好地比较反应的快慢,需控制三次实验中滴加H2O2溶液的 相同。
(2)判断产生氧气的速度时,可以通过观察产生气泡的快慢,还可以比较 。
【继续探究】针对提出的问题,他又利用如图装置,用3%的H2O2溶液分别在0 ℃、20 ℃和60 ℃的条件下进行实验。进行该实验所基于的假设是 。
答案 【交流反思】(1)速度 (2)相同时间内收集到氧气的体积
【继续探究】水可以降低温度,减缓反应的速度
解析 【交流反思】(1)为了更好地控制反应速度,H2O2的滴加速度必须相同。(2)判断氧气产生的快慢,可以通过比较相同时间内收集到的氧气体积来实现。【继续探究】水可以吸收较多热量,也可减慢反应速度。
9.过氧化氢溶液保存时,因缓慢分解导致质量分数变小(化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑)。为探究酸碱性对过氧化氢分解快慢的影响,小明利用图甲装置,每次实验往锥形瓶中加10克30%过氧化氢溶液,再滴加调节剂,使其pH分别从3依次调至13,在60 ℃反应温度下进行实验,获得数据如图乙。
甲 乙
(1)氧气能用排水法收集,是因为 。
(2)根据本实验结果,对实验室常温保存过氧化氢溶液提出合理的建议: 。
(3)某次实验中,当10克溶质质量分数为30%的过氧化氢溶液分解产生0.32克氧气时,剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数为多少 (滴加的试剂对溶液质量的影响忽略不计,计算结果精确到1%)
答案 (1)氧气不易溶于水
(2)在pH约为3~5的酸性条件下保存
(3)解:设当产生氧气0.32克时,消耗掉过氧化氢的质量为x。
2H2O2 2H2O+O2↑
68 32
x 0.32克
= x=0.68克
剩余过氧化氢质量m=10克×30%-0.68克=2.32克
剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数=2.32克/(10-0.32)克×100%≈24%
答:剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数为24%。
解析 (1)氧气能用排水法收集是因为氧气不易溶于水;(2)根据题中实验结果,pH约为3~5的酸性条件下过氧化氢分解最慢,所以实验室应在pH约为3~5的酸性条件下保存过氧化氢溶液。
10.氢气的储存是科学研究热点之一。X是一种储存氢气的材料,取11.2 g X在O2中完全燃烧后只生成8.0 g CuO、8.0 g MgO。
(1)上述燃烧过程中消耗O2的质量为 克。
(2)通过计算求X中各元素的原子个数比。(写出计算过程)
答案 (1)4.8
(2)8.0 g CuO中含铜元素的质量:mCu=8.0 g×=6.4 g
8.0 g MgO中含镁元素的质量:mMg=8.0 g×=4.8 g
∵mCu+mMg=6.4 g+4.8 g=11.2 g
∴X中只含铜、镁元素,故可设该物质的化学式为CuaMgb(或MgaCub)
又∵==(或==)
∴a∶b=1∶2(或a∶b=2∶1)
∴X中铜、镁元素的原子个数比为1∶2(或X中镁、铜元素的原子个数比为2∶1)
解析 (1)根据参加反应的物质质量等于生成物的质量,可知消耗氧气的质量为8.0 g+8.0 g-11.2 g=4.8 g。
解题关键 本题难度稍大,主要考查质量守恒定律、有关化学式的计算,解题的关键是根据质量守恒定律确定物质的元素组成。
A组 基础题组
1.下列关于二氧化碳的用途,只应用其物理性质的是 ( )
A.植物光合作用的原料
B.舞台制雾时作制冷剂
C.制作碳酸饮料的原料
D.火灾发生时作灭火剂
答案 B
解析 A项,二氧化碳参加绿色植物的光合作用,转变成糖类,有新物质生成,利用了其化学性质,错误;B项,舞台制雾时作制冷剂,利用了固态二氧化碳(干冰)升华吸热的物理性质,正确;C项,二氧化碳能用来生产汽水等碳酸饮料,是利用了二氧化碳能与水反应生成碳酸的化学性质,错误;D项,二氧化碳用作灭火剂,是利用了二氧化碳不能燃烧、不支持燃烧、密度比空气大的性质,既利用了其物理性质,又利用了其化学性质,错误。
2.科学实验要规范操作,下列用高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是 ( )
答案 A
解析 点燃酒精灯时,应用火柴点燃,故B错误。加热高锰酸钾时,为了防止药品中的水倒流回试管底部造成炸裂,试管口应略向下倾斜;另外为了防止高锰酸钾粉末进入导管,试管口应放一团棉花,故C错误。氧气的密度大于空气,因此应该使用向上排空气法收集氧气,故D错误。
3.如图所示装置可用来测定空气中氧气的含量。对该实验分析错误的是 ( )
A.装置气密性良好、白磷足量是实验成功的重要因素
B.由①到②,需等到试管内气体冷却至室温
C.试管内压强的减小导致试管内液面上升
D.将白磷改为木炭也能得到正确的实验结论
答案 D
解析 A项,装置气密性良好、白磷足量(能完全消耗装置中的氧气)是实验成功的重要因素,正确;B项,由①到②,需等到试管内气体冷却至室温,以防止剩余的气体在受热状态下,处于膨胀状态,占据了部分水的体积,正确;C项,白磷燃烧消耗氧气,试管内气体减少,压强减小,导致试管内液面上升,正确;D项,木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体,虽消耗了氧气,但生成了新的气体,不能用来测定空气中氧气的含量,错误。
4.下列有关氧气的叙述正确的是 ( )
A.实验室可采用向下排空气法收集氧气
B.如图课本上测定空气中氧气含量的实验,若只将红磷换成木炭实验会失败
C.铁丝在空气中燃烧,火星四射
D.物质发生氧化反应时总会发光、发热
答案 B
解析 氧气的密度比空气大,应该用向上排空气法收集,故A错误;木炭燃烧会生成其他气体且不能全被水吸收,会影响实验结果,故B正确;铁丝在空气中只会被灼烧至红热,不会燃烧,故C错误;物质发生氧化反应不一定会发光,比如食物的缓慢氧化,故D错误。
5.使用如图装置验证空气中氧气的含量,下列叙述正确的是 ( )
A.该实验中的白磷可以用木炭代替
B.白磷的作用是消耗试管中的氮气
C.白磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹前,试管内压强增大
D.最终量筒中液面约降至26毫升刻度线处
答案 D
解析 木炭燃烧产生新气体,无法得出准确结果,故A错误;白磷的作用是消耗氧气,故B错误;打开弹簧夹前,由于氧气被消耗,试管内气压减小,故C错误;试管内空气体积为120 mL,氧气约占1/5,即为24 mL,所以最终量筒中液面约降至26 mL刻度线处,故D正确。
关键点拨 木炭、硫等燃烧会生成气体,会使得试管内气压基本无明显变化,从而影响实验。
B组 提升题组
6.如图a是法国化学家拉瓦锡加热汞研究空气成分所用的装置,他测出氧气约占空气总体积的1/5;如图b是我们用来测定空气中氧气含量的实验装置,实验中吸入的水的体积往往小于集气瓶原有空气体积的1/5。下列关于出现这样的现象的解释合理的是 ( )
A.汞与氧气反应生成物是固体,而红磷燃烧产生大量烟雾
B.曲颈甑整体成形,不需要连接,气密性更好,避免漏气
C.红磷点燃后再放入瓶中,会使集气瓶中原有的空气逸出
D.现在空气中氧气含量与拉瓦锡所处的时代相比降低了
答案 B
解析 红磷燃烧产生大量白色的五氧化二磷固体,即白烟,故A错误;红磷点燃后再放入瓶中,会使集气瓶中原有的空气逸出,从而使测量结果大于1/5,故C错误;空气中氧气的含量基本不变,故D错误。
7.如图所示,①为制取氧气的发生装置(气密性良好),其中的燃烧匙可以上下移动。②和③为氧气的收集装置。小金欲制取一瓶干燥的氧气,下列分析正确的是 ( )
A.在①中,将 MnO2浸入H2O2溶液,MnO2可分解产生氧气
B.若用装置②的方法收集氧气,需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集
C.若用装置③的方法收集氧气,可将带火星的木条放入瓶中进行验满
D.将装置①分别与装置②或③连接,均能达到实验目的
答案 B
解析 在①中,将MnO2浸入H2O2溶液,H2O2可分解产生氧气,MnO2为催化剂,故A错误;使用向上排空气法收集氧气时,应该将带火星的木条放在瓶口进行验满,故C错误;要得到干燥的氧气,只能将装置①和③连接,故D错误。
8.利用数据传感技术可以形象地比较不同形状的碳酸钙与稀盐酸反应的速率。某同学倾斜锥形瓶,使试管内的稀盐酸流入瓶中与碳酸钙发生反应,测得瓶内气压随时间的变化如图所示。
(1)碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式为 。
(2)下列有关说法正确的是 (填序号)。
A.对比分析a、b点可知,曲线①表示块状碳酸钙与稀盐酸反应
B.对比分析c、d点可知,达到相同的气压时,碳酸钙粉末与稀盐酸反应速率更快
C.碳酸钙粉末产生的CO2质量多
答案 (1)CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑ (2)B
解析 (1)碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,反应的化学方程式为CaCO3+2HClCaCl2+H2O+CO2↑。(2)A项,对比分析a、b点可知,曲线①单位时间内气压变化大,说明单位时间内产生的气体多,反应速率快,则曲线①表示粉末状碳酸钙与稀盐酸的反应。B项,由A可知,曲线①是碳酸钙粉末与稀盐酸的反应,曲线②是块状碳酸钙与稀盐酸的反应;对比分析c、d点可知,达到相同的气压时,曲线①所用时间更短,说明碳酸钙粉末与稀盐酸反应速率更快。C项,最终两瓶内的气压相等,说明最终产生的CO2质量相等。
9.利用图甲所示的教材装置测量空气中氧气的体积分数,选用红磷作为药品是最佳选择吗 某兴趣小组设计并开展了如下实验:
甲
①准备如图乙的玻璃容器,顶部用密封盖密封,并检查该装置的气密性。
②将氧气传感器(能实时显示容器内氧气的体积分数)固定在容器内壁,并装入足量的红磷。
③用激光笔点燃红磷,红磷剧烈燃烧,观察并记录氧气传感器所显示的氧气体积分数的变化情况。
④用白磷替换红磷重复上述步骤①~③。
⑤换用食品脱氧剂(可以直接与氧气反应,无需点燃的物质)重复上述步骤①~③。
根据实验数据,分别绘制三种物质氧化时容器内氧气体积分数随时间的变化情况,如图丙所示。
乙 丙
(1)步骤①中检查气密性时,将玻璃容器浸没水中,如果观察到 ,则说明气密性不好。
(2)装置甲中150毫升集气瓶中装入1/5的水,量筒内装有50毫升水,根据图丙的实验数据,用红磷做实验,理论上实验结束后量筒内剩余的水为 毫升。
(3)根据该兴趣小组的实验结果,用图甲装置测量空气中氧气的体积分数,你会选用哪种药品,并说明理由: 。
答案 (1)容器内出现水或有气泡冒出
(2)33.2
(3)食品脱氧剂,因为其能耗尽密闭容器内的氧气且不需要点燃(或白磷,因其耗时最短;或红磷,因其着火点、燃烧时间较适宜)
解析 (1)将容器浸没水中后,如果装置的气密性良好,那么不会在容器内看到水或出现气泡。(2)进入集气瓶内水的体积等于减少的氧气的体积,首先根据题图丙确定氧气体积分数的减少量,再乘以集气瓶内空气的体积得到减少氧气的体积,最后用量筒内水的体积减去这个数值即可。(3)根据题图丙,分析每种药品的不同特点,进而分析解答。
思维亮剑
关于燃烧的研究是一项重要的课题。某小组以“探究燃烧的奥秘”为主题开展项目式学习。
【任务一】认识燃烧
(1)酒精、煤(含硫)、天然气是生活中常见的燃料,下列不属于三者燃烧共有的现象是 (填字母序号)。
A.发光
B.产生有刺激性气味的气体
C.放热
D.产生使澄清石灰水变浑浊的气体
(2)写出酒精(C2H5OH)完全燃烧的化学方程式: 。
【任务二】探究燃烧的条件及质量变化
(3)该小组同学按下列实验步骤开展探究。
步骤1:室温下,按如图组装装置,装入药品,称量装置总质量为m1 g。
步骤2:将锥形瓶浸入80 ℃的热水中,观察现象。
步骤3:取出装置,恢复至室温并擦干锥形瓶;打开止水夹K1和K2,从K1处缓慢通入约50 mL氧气,再关闭K1和K2,称量装置总质量为m2 g。
步骤4:将锥形瓶再次浸入80 ℃的热水中,观察现象。
步骤5:取出装置,恢复至室温并擦干锥形瓶,称量装置总质量为m3 g。
①通过上述实验,能证明燃烧需要氧气的实验现象是 。
②m1、m2、m3的大小关系是 。
【任务三】调控燃烧
(4)报道显示:国内外一些煤田因发生煤层自燃,带来了资源浪费和环境污染。一旦煤层自燃,请给出一条合理的灭火建议: 。
注意:若答对第(5)小题奖励3分。
【任务四】再探铁的燃烧
(5)查阅文献:颗粒直径为20~30 nm的铁粉,在空气中会发生自燃生成氧化铁。
结合已有知识,回答下列问题:
①影响铁燃烧的因素有 (至少答出2点)。
②铁与氧气反应的条件不同,产物不同。若5.6 g铁与氧气反应可得a g产物,且铁无剩余,则a的取值范围是 。
答案 (6分)(1)B(1分)
(2)C2H5OH+3O2 2CO2+3H2O(2分)
(3)①步骤2中白磷未燃烧,步骤4中白磷燃烧,产生白烟(1分) ②m1>m2=m3(1分)
(4)取土填埋,隔绝空气(1分,其他合理答案均可)
注意:若答对第(5)小题奖励3分,化学总得分不超过40分。
(5)①铁的表面积;氧气的浓度;温度(1分,答出任意2点即可)
②7.2≤a≤8.0(2分)
解析 (1)燃烧是发光、放热的剧烈的氧化反应,所以燃烧都有发光、放热现象;含硫的煤燃烧会产生具有刺激性气味的二氧化硫气体,而酒精和天然气中不含硫,不会产生有刺激性气味的气体;酒精、煤和天然气燃烧都能产生使澄清石灰水变浑浊的二氧化碳气体,所以B项不属于三者燃烧共有的现象。(2)酒精完全燃烧生成二氧化碳和水,反应的化学方程式为C2H5OH+3O2 3H2O+2CO2。(3)①可燃物燃烧需要有氧气(或空气)、温度达到可燃物的着火点。根据题意可知,步骤2中温度达到了白磷的着火点,但装置中没有氧气,所以白磷不能燃烧;步骤3中通入氧气,使混合气体中氧气的体积分数达到20%,所以在步骤4中将锥形瓶再次浸入80 ℃的热水中,白磷燃烧,产生大量白烟。②开始时装置的质量为m1 g,通入O2后质量为m2 g,由于O2的密度小于CO2的密度,而通入50 mL O2的同时排出相同体积的CO2,所以装置的质量减小,故m1>m2;根据质量守恒定律可知,装置中物质在燃烧前后质量不变,所以m2=m3,故m1、m2、m3三者的关系是m1>m2=m3。(4)煤田中的煤层自燃,可以用取土填埋,隔绝空气的方法灭火。(5)①根据燃烧的条件可知,影响铁燃烧的条件有温度、氧气的浓度、铁的表面积等。②铁与氧气反应时,根据二者用量不同可能生成FeO、Fe3O4、Fe2O3等不同产物;根据铁元素的质量计算出可能得到相应氧化物的质量,若5.6 g 铁与氧气反应生成FeO,产物质量为7.2 g,若5.6 g 铁与氧气反应生成Fe3O4,产物质量约为7.7 g,若5.6 g铁与氧气反应生成Fe2O3,产物质量为8.0 g,所以a的最大值为8.0,最小值为7.2,故a的取值范围是7.2≤a≤8.0。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
第1讲 空 气
考点1 空气、燃烧条件
1.下列实验中,能证明燃烧需要氧气的是 ( )
2.火是文明的起源,人类取火的方法经过了漫长的演变过程。
(1)古人取火时,用火镰击打火石,产生的火花引燃可燃物。艾绒是一种常用的引燃物,主要是它的 ,因而容易点燃。
(2)1830年发明了火柴。原理是将白磷、硫、KClO3、MnO2混合,摩擦后发生KClO3分解等一系列反应,引燃火柴杆。推测KClO3在此过程中的作用是 ,使燃烧更剧烈。
3.建构合理的思维模型,既能促进深度学习,又能提高思维品质。小科建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型:
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究,忽略含量很低的其他物质,空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质,测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气,液氮先汽化。从建模角度分析,该操作属于上述思维模型中的 。
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应,测定混合物中某组分的含量。
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时,止水夹最合理的打开时间是 (填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”)。
【交流评价】
(3)已知:在氧气不充足时,碳与氧气反应生成一氧化碳,一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷,等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水,规范操作后,测得的氧气含量将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【继续探究】
(4)运用上述思维模型,小科又设计了图乙的实验装置,其“测定空气中氧气含量”的原理是 。
4.为提高测定空气中氧气含量实验的精确度,科学兴趣小组对课本实验进行了创新改进。
【实验步骤】①取一根玻璃管,用橡皮塞将一端密封;
②将食品脱氧剂粉末迅速装入玻璃管,立即向管口注入一滴水将玻璃管密封,水滴的下端标为A,弹动玻璃管使脱氧剂粉末分布均匀且紧密,脱氧剂的上端标为O,如图甲所示;
③水平滚动玻璃管,使食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中,静置至水滴不再移动时,水滴的右端标为B,如图乙所示;
④用刻度尺测量出AO段和AB段的长度,并计算出AB与AO的比值,将数据记录在表格中;
⑤洗涤、干燥实验装置,重复上述实验。
实验次数 AO/mm AB/mm AB/AO
1 523.5 109.5 0.209 2
2 525.5 110.0 0.209 3
3 527.0 110.5 0.209 7
【得出结论】根据表格中的实验数据,可知空气中氧气含量为 。(用百分数表示)
【思考讨论】
①实验步骤③中,将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中的目的是 。
②实验步骤②中,如果玻璃管内的脱氧剂粉末分布不够紧密,会使实验结果偏大,其原因是 。
考点2 氧气、二氧化碳的制取与性质
5.下列有关说法正确的是( )
A.O2具有助燃性
B.铁生锈属于物理变化
C.金属活动性Cu比Mg强
D.KClO3属于氧化物
6.实验室提供H2O2溶液、MnO2、KClO3和KMnO4四种药品及下列装置。
根据要求完成下列问题:
(1)根据提供的药品,写出一种实验室制取O2的化学方程式: ;
(2)选择装置B和C制取氧气的主要步骤有:①将导气管移出水槽;②加热;③装药品;④收集;⑤熄灭酒精灯;⑥检查装置气密性。正确的操作顺序为 。
7.小明查阅资料得知:除二氧化锰外,许多水果对过氧化氢分解也有催化作用。为了探究苹果质量对过氧化氢分解速度的影响,用图甲所示装置(固定装置未画出)进行以下实验。
甲
①检查装置气密性。
②称取1克苹果,切成小块放入烧瓶中,量取10毫升溶质质量分数为5%的过氧化氢溶液倒入烧瓶中,迅速塞紧塞子,当液滴移至A点时开始计时。
③当观察到液滴恰好移至B点时(AB间玻璃管容积为6毫升),记录所需时间。
④依次用不同质量的苹果重复步骤②和③,记录并处理数据,结果如图乙。
乙
(1)小明把烧瓶放在盛有水的水槽中进行实验,目的是保持温度不变。温度升高会导致液滴移动变快,原因是 。(例举一个)
(2)本实验可得出的结论是 。
(3)若用20毫升5%的过氧化氢溶液与6克苹果重复上述实验,预测实验中步骤③记录的时间是 秒。
8.小嘉用H2O2溶液制取氧气时,在烧瓶中加入50毫升水及0.5克MnO2,再往分液漏斗中加入30毫升15%的H2O2溶液。为什么要加入50毫升水呢 查阅资料发现:在不加入水时,若注入H2O2溶液速度过快,反应会过于剧烈而引发事故。
【提出问题】水是如何减缓该反应速度的呢
【建立假设】水可以降低H2O2溶液浓度,从而减缓反应速度。
【实验方案】他利用如图装置,在相同条件下,分别用30毫升的1%、3%和7%的H2O2溶液进行实验,观察并比较。
【实验结论】加水降低了H2O2溶液的浓度,使反应速度变慢。
【交流反思】
(1)为了更好地比较反应的快慢,需控制三次实验中滴加H2O2溶液的 相同。
(2)判断产生氧气的速度时,可以通过观察产生气泡的快慢,还可以比较 。
【继续探究】针对提出的问题,他又利用如图装置,用3%的H2O2溶液分别在0 ℃、20 ℃和60 ℃的条件下进行实验。进行该实验所基于的假设是 。
9.过氧化氢溶液保存时,因缓慢分解导致质量分数变小(化学方程式为2H2O2 2H2O+O2↑)。为探究酸碱性对过氧化氢分解快慢的影响,小明利用图甲装置,每次实验往锥形瓶中加10克30%过氧化氢溶液,再滴加调节剂,使其pH分别从3依次调至13,在60 ℃反应温度下进行实验,获得数据如图乙。
甲 乙
(1)氧气能用排水法收集,是因为 。
(2)根据本实验结果,对实验室常温保存过氧化氢溶液提出合理的建议: 。
(3)某次实验中,当10克溶质质量分数为30%的过氧化氢溶液分解产生0.32克氧气时,剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数为多少 (滴加的试剂对溶液质量的影响忽略不计,计算结果精确到1%)
10.氢气的储存是科学研究热点之一。X是一种储存氢气的材料,取11.2 g X在O2中完全燃烧后只生成8.0 g CuO、8.0 g MgO。
(1)上述燃烧过程中消耗O2的质量为 克。
(2)通过计算求X中各元素的原子个数比。(写出计算过程)
A组 基础题组
1.下列关于二氧化碳的用途,只应用其物理性质的是 ( )
A.植物光合作用的原料
B.舞台制雾时作制冷剂
C.制作碳酸饮料的原料
D.火灾发生时作灭火剂
2.科学实验要规范操作,下列用高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是 ( )
3.如图所示装置可用来测定空气中氧气的含量。对该实验分析错误的是 ( )
A.装置气密性良好、白磷足量是实验成功的重要因素
B.由①到②,需等到试管内气体冷却至室温
C.试管内压强的减小导致试管内液面上升
D.将白磷改为木炭也能得到正确的实验结论
4.下列有关氧气的叙述正确的是 ( )
A.实验室可采用向下排空气法收集氧气
B.如图课本上测定空气中氧气含量的实验,若只将红磷换成木炭实验会失败
C.铁丝在空气中燃烧,火星四射
D.物质发生氧化反应时总会发光、发热
5.使用如图装置验证空气中氧气的含量,下列叙述正确的是 ( )
A.该实验中的白磷可以用木炭代替
B.白磷的作用是消耗试管中的氮气
C.白磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹前,试管内压强增大
D.最终量筒中液面约降至26毫升刻度线处
B组 提升题组
6.如图a是法国化学家拉瓦锡加热汞研究空气成分所用的装置,他测出氧气约占空气总体积的1/5;如图b是我们用来测定空气中氧气含量的实验装置,实验中吸入的水的体积往往小于集气瓶原有空气体积的1/5。下列关于出现这样的现象的解释合理的是 ( )
A.汞与氧气反应生成物是固体,而红磷燃烧产生大量烟雾
B.曲颈甑整体成形,不需要连接,气密性更好,避免漏气
C.红磷点燃后再放入瓶中,会使集气瓶中原有的空气逸出
D.现在空气中氧气含量与拉瓦锡所处的时代相比降低了
7.如图所示,①为制取氧气的发生装置(气密性良好),其中的燃烧匙可以上下移动。②和③为氧气的收集装置。小金欲制取一瓶干燥的氧气,下列分析正确的是 ( )
A.在①中,将 MnO2浸入H2O2溶液,MnO2可分解产生氧气
B.若用装置②的方法收集氧气,需等到导管口气泡均匀并连续冒出时才可收集
C.若用装置③的方法收集氧气,可将带火星的木条放入瓶中进行验满
D.将装置①分别与装置②或③连接,均能达到实验目的
8.利用数据传感技术可以形象地比较不同形状的碳酸钙与稀盐酸反应的速率。某同学倾斜锥形瓶,使试管内的稀盐酸流入瓶中与碳酸钙发生反应,测得瓶内气压随时间的变化如图所示。
(1)碳酸钙与稀盐酸反应的化学方程式为 。
(2)下列有关说法正确的是 (填序号)。
A.对比分析a、b点可知,曲线①表示块状碳酸钙与稀盐酸反应
B.对比分析c、d点可知,达到相同的气压时,碳酸钙粉末与稀盐酸反应速率更快
C.碳酸钙粉末产生的CO2质量多
9.利用图甲所示的教材装置测量空气中氧气的体积分数,选用红磷作为药品是最佳选择吗 某兴趣小组设计并开展了如下实验:
甲
①准备如图乙的玻璃容器,顶部用密封盖密封,并检查该装置的气密性。
②将氧气传感器(能实时显示容器内氧气的体积分数)固定在容器内壁,并装入足量的红磷。
③用激光笔点燃红磷,红磷剧烈燃烧,观察并记录氧气传感器所显示的氧气体积分数的变化情况。
④用白磷替换红磷重复上述步骤①~③。
⑤换用食品脱氧剂(可以直接与氧气反应,无需点燃的物质)重复上述步骤①~③。
根据实验数据,分别绘制三种物质氧化时容器内氧气体积分数随时间的变化情况,如图丙所示。
乙 丙
(1)步骤①中检查气密性时,将玻璃容器浸没水中,如果观察到 ,则说明气密性不好。
(2)装置甲中150毫升集气瓶中装入1/5的水,量筒内装有50毫升水,根据图丙的实验数据,用红磷做实验,理论上实验结束后量筒内剩余的水为 毫升。
(3)根据该兴趣小组的实验结果,用图甲装置测量空气中氧气的体积分数,你会选用哪种药品,并说明理由: 。
思维亮剑
关于燃烧的研究是一项重要的课题。某小组以“探究燃烧的奥秘”为主题开展项目式学习。
【任务一】认识燃烧
(1)酒精、煤(含硫)、天然气是生活中常见的燃料,下列不属于三者燃烧共有的现象是 (填字母序号)。
A.发光
B.产生有刺激性气味的气体
C.放热
D.产生使澄清石灰水变浑浊的气体
(2)写出酒精(C2H5OH)完全燃烧的化学方程式: 。
【任务二】探究燃烧的条件及质量变化
(3)该小组同学按下列实验步骤开展探究。
步骤1:室温下,按如图组装装置,装入药品,称量装置总质量为m1 g。
步骤2:将锥形瓶浸入80 ℃的热水中,观察现象。
步骤3:取出装置,恢复至室温并擦干锥形瓶;打开止水夹K1和K2,从K1处缓慢通入约50 mL氧气,再关闭K1和K2,称量装置总质量为m2 g。
步骤4:将锥形瓶再次浸入80 ℃的热水中,观察现象。
步骤5:取出装置,恢复至室温并擦干锥形瓶,称量装置总质量为m3 g。
①通过上述实验,能证明燃烧需要氧气的实验现象是 。
②m1、m2、m3的大小关系是 。
【任务三】调控燃烧
(4)报道显示:国内外一些煤田因发生煤层自燃,带来了资源浪费和环境污染。一旦煤层自燃,请给出一条合理的灭火建议: 。
注意:若答对第(5)小题奖励3分。
【任务四】再探铁的燃烧
(5)查阅文献:颗粒直径为20~30 nm的铁粉,在空气中会发生自燃生成氧化铁。
结合已有知识,回答下列问题:
①影响铁燃烧的因素有 (至少答出2点)。
②铁与氧气反应的条件不同,产物不同。若5.6 g铁与氧气反应可得a g产物,且铁无剩余,则a的取值范围是 。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
