题目内容
5．空气中氧气含量测定的再认识
【实验问题】如图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置．
（1）写出红磷燃烧的化学方程式4P+5O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5．
（2）实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内气压减小，烧杯中水倒吸到集气瓶，若装置的气密性良好，操作规范，用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量．
【问题提出】有实验资料表明：燃烧过程中当氧气体积分数低于7%时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大．
【实验改进】
Ⅰ．铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）2]，写出该反应的化学方程式2Fe+2H2O+O2═2Fe（OH）2．根据铁在空气中生锈的原理设计如图2实验装置，再次测定空气中氧气含量．（说明：装置中饱和食盐水、活性炭起加速铁生锈的作用）．
Ⅱ．测得实验数据如下表：
| 测量项目 | 实验前 | 实验后 | |
| 烧杯中水的体积 | 烧杯中剩余水的体积 | 集气瓶（扣除内容物）和导管的容积 | |
| 体积/mL | 80.0 | 54.5 | 126.0 |
（1）根据上表计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是20.2%（计算结果精确到0.1%）．
（2）从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确更高的原因是：
①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确；②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确．
分析 根据已有的空气中氧气含量的测定原理进行分析解答，磷燃烧生成五氧化二磷；气体被消耗，压强变小，故会产生水倒吸的现象；根据铁生锈的知识进行分析解答即可．
解答 解：（1）磷燃烧生成五氧化二磷，该反应的化学方程式为：4P+5O2 $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5；
（2）红磷燃烧消耗氧气，使瓶内的气压变小，水倒吸；
【实验改进】（1）铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）2]，该反应的化学方程式为：2Fe+2H2O+O2═2Fe（OH）2；
（2）根据反应前后烧杯内水的体积变化可以看出，消耗的氧气的体积是：80-54.5=25.5mL，故氧气的体积分数为：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%=20.2%；
（3）使用铁的缓慢氧化消耗氧气，使氧气消耗的更为彻底，实验结果更准确，测量时考虑导管容积和扣除内容物后的集气瓶的体积，使实验结果更为准确；
故答案为：【实验回顾】（1）4P+5O2 $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ 2P2O5；
（2）气压；
【实验改进】Ⅰ.2Fe+2H2O+O2=2Fe（OH）2；
Ⅱ．（1）20.2%；
（2）①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确．
②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确．
点评 本题考查的是氧气的含量的测定以及实验装置的改进，完成此题，可以依据已有的知识进行．
练习册系列答案
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9．
2013年 6月上旬，神舟十号飞船将搭载3名航天员发射升空，与“天宫一号”目标飞行器交会对接．对于天宫一号目标飞行器内镍氢电池的总反应式H2+2NiO（OH）═2Ni（OH）2，下列叙述不正确的是（ ）
2013年 6月上旬，神舟十号飞船将搭载3名航天员发射升空，与“天宫一号”目标飞行器交会对接．对于天宫一号目标飞行器内镍氢电池的总反应式H2+2NiO（OH）═2Ni（OH）2，下列叙述不正确的是（ ）| A． | H2属于单质 | |
| B． | NiO（OH）中氢、氧元素的质量比为1：2 | |
| C． | Ni（OH）2中Ni化合价为+2价 | |
| D． | 参加反应的H2、NiO（OH）的质量比为1：92 |
13．如图所示，不正确的是（ ）
| A． |  | B． |  | C． |  | D． |  |
20．在日常生活中人们食用的食盐中常要加碘盐，其中的碘是以KI03的形式存在，则碘元素的化合价为（ ）
| A． | +5 | B． | +1 | C． | +2 | D． | -1 |
10．化学兴趣小组同学对实验室制备氧气的若干问题进行如下实验探究．
（一）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，A小组设计了以下对比实验：
a．将12.25g KClO3与5.0g MnO2均匀混合加热
b．将12.25g KClO3与5.0g CuO均匀混合加热
（1）在相同温度下，比较两组实验产生O2的快慢．通常采用的方法有：
①测相同时间内产生O2的体积； ②测收集相同体积O2所需的时间．
（2）试计算：12.25g KClO3中所含氧元素质量与多少克过氧化氢中所含氧元素的质量相等？（请写出计算过程）．
（二）为探究影响双氧水分解速度的某种因素，B小组记录了如下实验数据：
【数据处理及结论】
（3）本实验中，测量O2体积的装置是C C（选填图1中的装置编号）．
（4）实验结论：在相同条件下，双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快．
（5）C小组用如图2装置进行实验，通过比较相同时间天平读数差值大小（或电子天平上示数减小的速度或电子天平的读数不再发生变化时，所需要的时间）相同时间天平读数差值大小
也能达到实验目的．
（三）D小组在加热二氧化锰样品时，发现有气泡产生（如图3），于是他们对这个异常现象进行了探究．
（6）对气体成分的探究：加热二氧化锰样品，用燃着的木条靠近试管口，木条熄灭．将气体通入澄清的石灰水，发现石灰水变浑浊，产生的气体是CO2．
（7）对气体来源的探究：
【假设1】甲同学认为：该气体来自于试管中的空气，请你设计实验证明该假设是否成立．
【假设2】乙同学认为：二氧化锰样品中可能混有炭粉，炭粉发生反应生成了该气体．他通过查阅资料得知：氢氧化钠溶液会与该气体反应，从而可吸收该气体．于是他设计了如图4所示的装置进行实验，其中B装置的作用是检验A中的反应是否完全，则B中的试剂是澄清石灰水，实验中观察到D处澄清石灰水变浑浊．他又用氮气代替空气（氮气不参与该实验中的任何反应），重复上述实验，发现D处澄清的石灰水也变浑浊．
【结论】通过乙同学的实验证明，二氧化锰中混有炭粉，炭粉与二氧化锰或氧气和二氧化锰反应产生了这种气体．
（一）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，A小组设计了以下对比实验：
a．将12.25g KClO3与5.0g MnO2均匀混合加热
b．将12.25g KClO3与5.0g CuO均匀混合加热
（1）在相同温度下，比较两组实验产生O2的快慢．通常采用的方法有：
①测相同时间内产生O2的体积； ②测收集相同体积O2所需的时间．
（2）试计算：12.25g KClO3中所含氧元素质量与多少克过氧化氢中所含氧元素的质量相等？（请写出计算过程）．
（二）为探究影响双氧水分解速度的某种因素，B小组记录了如下实验数据：
| 双氧水的质量 | 双氧水的浓度 | MnO2的质量 | 相同时间内产生O2的体积 | |
| I | 50.0g | 1% | 0.1g | 9mL |
| II | 50.0g | 2% | 0.1g | 16mL |
| III | 50.0g | 4% | 0.1g | 31mL |
（3）本实验中，测量O2体积的装置是C C（选填图1中的装置编号）．
（4）实验结论：在相同条件下，双氧水浓度越大，双氧水分解速率越快．
（5）C小组用如图2装置进行实验，通过比较相同时间天平读数差值大小（或电子天平上示数减小的速度或电子天平的读数不再发生变化时，所需要的时间）相同时间天平读数差值大小
也能达到实验目的．
（三）D小组在加热二氧化锰样品时，发现有气泡产生（如图3），于是他们对这个异常现象进行了探究．
（6）对气体成分的探究：加热二氧化锰样品，用燃着的木条靠近试管口，木条熄灭．将气体通入澄清的石灰水，发现石灰水变浑浊，产生的气体是CO2．
（7）对气体来源的探究：
【假设1】甲同学认为：该气体来自于试管中的空气，请你设计实验证明该假设是否成立．
| 实验步骤及现象 | 结论 |
| 按图3装置，加热空的试管，另一端的澄清石灰水没有变浑浊 | 假设不成立（填“成立”或“不成立”）． |
【结论】通过乙同学的实验证明，二氧化锰中混有炭粉，炭粉与二氧化锰或氧气和二氧化锰反应产生了这种气体．
17．
研究性学习小组选择“H2O2 溶液分解生成O2的反应快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程：
【假设】H2O2溶液分解生成O2的快慢与催化剂的种类有关．
【实验方案】常温下，在两瓶同质量、同浓度的H2O2 溶液中，分别加入相同质量的MnO2和水泥块，测量各生成一瓶（相同体积）O2所需要的时间．
B
【进行实验】右图是他们进行实验的装置图，反应的符号表达式为2H2O2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H2O+O2↑；为了更容易准确地判断收集满氧气的时间，实验时B处宜采用的收集氧气方法是排水法．
【实验记录】（常温下，相同体积氧气．）
【结论】该探究过程得出的结论是：其它条件相同下，假设成立．
【反思】（1）H2O2在常温下分解缓慢，加入MnO2或水泥块后反应明显加快，若要证明MnO2和水泥块是该反应的催化剂，还需要增加实验来验证它们在化学反应前后的质量和化学性质是否改变．
（2）H2O2溶液分解生成O2的反应快慢还与哪些因素有关？反应物的质量分数（填一项即可）等，应控制好变量．
研究性学习小组选择“H2O2 溶液分解生成O2的反应快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程：【假设】H2O2溶液分解生成O2的快慢与催化剂的种类有关．
【实验方案】常温下，在两瓶同质量、同浓度的H2O2 溶液中，分别加入相同质量的MnO2和水泥块，测量各生成一瓶（相同体积）O2所需要的时间．
B
【进行实验】右图是他们进行实验的装置图，反应的符号表达式为2H2O2$\frac{\underline{\;催化剂\;}}{\;}$2H2O+O2↑；为了更容易准确地判断收集满氧气的时间，实验时B处宜采用的收集氧气方法是排水法．
【实验记录】（常温下，相同体积氧气．）
| 实验编号 | 1 | 2 |
| 反应物 | 5%H2O2溶液 | 5%H2O2溶液 |
| 催化剂 | 1g水泥块 | 1gMnO2 |
| 时间 | 165秒 | 46秒 |
【反思】（1）H2O2在常温下分解缓慢，加入MnO2或水泥块后反应明显加快，若要证明MnO2和水泥块是该反应的催化剂，还需要增加实验来验证它们在化学反应前后的质量和化学性质是否改变．
（2）H2O2溶液分解生成O2的反应快慢还与哪些因素有关？反应物的质量分数（填一项即可）等，应控制好变量．
14．
某兴趣小组为验证质量守恒定律，做了镁条在空气中燃烧的实验．
（1）请写出镁条与氧气反应的化学方程式2Mg+O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO．
（2）小明发现燃烧产物的质量大于反应物镁条的质量，认为这个反应不遵循质量守恒定律．我不同意（“同意”或“不同意”）小明的观点，因为因为镁燃烧是镁与空气中氧气等的反应．
（3）小红按图1装置改进实验，验证了质量守恒定律，却发现产物中还有少量黄色固体．
提出问题：黄色固体是什么呢？
查阅资料：①氧化镁为白色固体；
②镁能与氮气剧烈反应生成黄色的氮化镁（Mg3N2）固体；
③氮化镁可与水剧烈反应产生氨气，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
做出猜想：黄色固体是Mg3N2
实验探究：请设计实验，验证猜想
（4）为了证明镁可在氮气中燃烧生成氮化镁，小红又设计了如下方案进行验证．
步骤①：用盛水的水槽、无底的废广口瓶、燃烧匙、蒸发皿、橡皮塞等装配成如图2所示的装置；另准备一只有一根铜丝穿过的橡皮塞，铜丝末端固定一根镁条．
步骤②：引燃燃烧匙中足量的红磷，塞好橡皮塞；待充分冷却，观察
到广口瓶内水面上升的体积约占瓶内水面原上方空间的$\frac{1}{5}$左右．
步骤③：往水槽中加水使广口瓶内外水面相平；点燃镁条，迅速更换橡皮塞，镁条在广口瓶内继续燃烧，放出热量；待冷却后广口瓶内水位继续上升．
A．步骤②的目的是除尽空气中的氧气．写出红磷在氧气中燃烧的化学方程式4P+5O2 $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5
B．在步骤③“待冷却后广口瓶内水位继续上升”是由于瓶内气压小于（选填“大于”“小于”或“等于”）外界气压
C．写出镁在氮气中燃烧生成氮化镁的化学方程式3Mg+N2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ Mg3N2
反思与交流：
（5）空气中N2的含量远大于O2的含量，而镁条在空气中燃烧生成的MgO的质量却大于Mg3N2．请给出合理的解释O2比N2化学性质活泼．
某兴趣小组为验证质量守恒定律，做了镁条在空气中燃烧的实验．（1）请写出镁条与氧气反应的化学方程式2Mg+O2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO．
（2）小明发现燃烧产物的质量大于反应物镁条的质量，认为这个反应不遵循质量守恒定律．我不同意（“同意”或“不同意”）小明的观点，因为因为镁燃烧是镁与空气中氧气等的反应．
（3）小红按图1装置改进实验，验证了质量守恒定律，却发现产物中还有少量黄色固体．
提出问题：黄色固体是什么呢？
查阅资料：①氧化镁为白色固体；
②镁能与氮气剧烈反应生成黄色的氮化镁（Mg3N2）固体；
③氮化镁可与水剧烈反应产生氨气，该气体能使湿润的红色石蕊试纸变蓝．
做出猜想：黄色固体是Mg3N2
实验探究：请设计实验，验证猜想
| 实验操作 | 实验现象及结论 |
| 取少量黄色固体于试管中，加入适量的水，并将湿润的红色石蕊试纸放在试管口 | 试管中有气体产生，湿润的红色石蕊试纸变蓝．证明猜想正确 |
步骤①：用盛水的水槽、无底的废广口瓶、燃烧匙、蒸发皿、橡皮塞等装配成如图2所示的装置；另准备一只有一根铜丝穿过的橡皮塞，铜丝末端固定一根镁条．
步骤②：引燃燃烧匙中足量的红磷，塞好橡皮塞；待充分冷却，观察
到广口瓶内水面上升的体积约占瓶内水面原上方空间的$\frac{1}{5}$左右．
步骤③：往水槽中加水使广口瓶内外水面相平；点燃镁条，迅速更换橡皮塞，镁条在广口瓶内继续燃烧，放出热量；待冷却后广口瓶内水位继续上升．
A．步骤②的目的是除尽空气中的氧气．写出红磷在氧气中燃烧的化学方程式4P+5O2 $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P2O5
B．在步骤③“待冷却后广口瓶内水位继续上升”是由于瓶内气压小于（选填“大于”“小于”或“等于”）外界气压
C．写出镁在氮气中燃烧生成氮化镁的化学方程式3Mg+N2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ Mg3N2
反思与交流：
（5）空气中N2的含量远大于O2的含量，而镁条在空气中燃烧生成的MgO的质量却大于Mg3N2．请给出合理的解释O2比N2化学性质活泼．