Question

14．某化学兴趣小组的同学对有关氧气方面进行探究
探究一：对空气中氧气含量的测定实验进行探究：

（1）如图甲所示装置和药品进行实验，集气瓶中发生反应的文字或符号表达式为红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，实验中可观察到红磷燃烧的现象是产生大量的白烟．
（2）该组同学做了6次实验，整理数据如下：

	1	2	3	4	5	6
进入集气瓶中水的体积（mL）	20	21	19	20	22	18

（注：集气瓶容积为100mL）通过6次实验，该组同学探究出氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$或20%．
（3）小林同学利用甲图装置测定空气中氧气的含量，下列操作会使测定结果偏小的是AD．
Α、实验装置可能漏气??????B、实验中所取的红磷过量
C、实验前没有将弹簧夹夹紧??D、红磷燃烧结束后，没等装置冷却就打开弹簧夹
（4）小组内同学查阅资料后知道白磷40℃即燃烧，燃烧产物与红磷相同，于是采用改进后的乙装置进行重新探究．主要操作是：在实际容积为100mL的集气瓶里先装进30mL的水，再按图乙连好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．
①白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是木炭燃烧产生二氧化碳气体，集气瓶内气压几乎不变，水不会倒吸，若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为20mL．
②你认为集气瓶里预先装进的水有哪些作用？氢氧化钠（填序号）．
a．加快集气瓶冷却   b．液封导气管末端以防气体逸出   c．缓冲集气瓶内气压的骤然升高
探究二：对有关制取氧气时催化剂进行探究：
实验室常用加热氯酸钾与二氧化锰混合物的方法制取氧气．小静发现，氯酸钾与氧化铜混合加热，也能较快产生氧气，于是进行如下探究：
【提出猜想】除MnO₂、CuO外，Fe₂O₃也可以作KClO₃分解的催化剂．
【完成实验】按下表进行实验，并测定分解温度（分解温度越低，说明催化效果越好）．

实验编号	实验药品	分解温度（℃）
①	KClO3	580
②	KClO3、MnO2（质量比1：1）	350
③	KClO3、CuO （质量比l：1）	370
④	KClO3、Fe2O3（质量比1：1）	390

【分析数据、得出结论】
（5）由实验①与实验④对比，证明猜想可能合理．写出加热氯酸钾和二氧化锰混合反应文字或符号表达式氯酸钾$→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气或2KClO₃ $\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑．
（6）实验所用的三种金属氧化物，催化效果最好的是MnO₂．
【反思】
（7）若要证明Fe₂O₃是该反应的催化剂，还要验证它在化学反应前后的质量和化学性质不变；
（8）同种催化剂，颗粒大小可能影响催化效果，请设计实验方案进行验证将氯酸钾与不同颗粒大小的同种催化剂等比充分混合，加热测定分解温度．

Answer 1

分析 （1）根据红磷燃烧生成五氧化二磷以及燃烧的现象进行解答；
（2）根据图表可知氧气约占空气体积进行解答；
（3）根据要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②红磷足量；③必须冷却到室温再读数进行解答；
（4）根据木炭燃烧生成二氧化碳以及二氧化碳能被氢氧化钠溶液吸收进行解答；
（5）要想证明Fe₂O₃也可以作KClO₃分解的催化剂，必须作对照实验，一个加入氧化铁，一个不加氧化铁；书写加热氯酸钾与二氧化锰混合物的方法制取氧气的化学方程式时，需要反应原理和质量守恒定律来完成；
（6）根据题意“分解温度越低，催化效果越好”，然后找表中分解温度低的对应的实验药品，从而得知催化效果最好的金属氧化物；
（7）根据在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂可知，若要证明Fe₂O₃是该反应的催化剂，还要验证它在化学反应前后质量和化学性质不变；
（8）若要验证同种催化剂，颗粒大小可能影响催化效果，可以控制其他条件相同的情况下，利用粉末状的催化剂与颗粒状的催化剂进行实验设计；

解答 解：（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字或符号表达式为红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；实验中可观察到红磷燃烧的现象是产生大量的白烟；
（2）集气瓶容积为100mL，

	1	2	3	4	5	6
进入集气瓶中水的体积（mL）	20	21	19	20	22	18

根据图表可知氧气约占空气体积为1/5或20%；
（3）根据要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②红磷足量；③必须冷却到室温再读数，所以实验装置可能漏气、红磷燃烧结束后，没等装置冷却就打开弹簧夹，都会导致测定结果偏小；
（4）木炭燃烧生成二氧化碳气体，所以不能用木条代替红磷；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为20mL；二氧化碳能被氢氧化钠溶液吸收，所以预先在集气瓶内加氢氧化钠溶液后，用木炭做实验也收到了较好的效果；
（5）要想证明Fe₂O₃也可以作KClO₃分解的催化剂，必须作对照实验，实验④加入氧化铁，实验①不加氧化铁，故答案为：①；加热氯酸钾和二氧化锰混合反应文字表达式为：氯酸钾$→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气；化学方程式为：2KClO₃ $\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑
（6）实验中用MnO₂做催化剂时的分解温度是350℃，对比表中的数据，可知分解温度最低，根据题意“分解温度越低，催化效果越好”，所以MnO₂的催化效果最好，故答案为：MnO₂
（7）在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂，若要证明Fe₂O₃是该反应的催化剂，还要验证它在化学反应前后质量和化学性质不变，故答案为：化学性质不变；
（8）将氯酸钾与不同颗粒大小的同种催化剂等比充分混合，加热测定分解温度．
故答案为：（1）红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；产生大量的白烟；
（2）$\frac{1}{5}$或20%；
（3）AD；
（4）木炭燃烧产生二氧化碳气体，集气瓶内气压几乎不变，水不会倒吸；20；氢氧化钠；
（5）①；氯酸钾$→_{加热}^{二氧化锰}$氯化钾+氧气或2KClO₃ $\frac{\underline{MnO_2}}{△}$2KCl+3O₂↑；
（6）MnO₂
（7）化学性质：
（8）将氯酸钾与不同颗粒大小的同种催化剂等比充分混合，加热测定分解温度．

点评 本考点考查了空气中氧气的含量的探究，并且注重了实验方案的评价，对实验方案进行评价是近几年中考的一个重点．评价包括对实验方案的评价、实验过程的评价、实验结论的评价等，要认真把握．本考点综合性比较强，主要出现在实验题中．