三、实验探究题
16. 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

【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,一氧化碳难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
【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
16. 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
分离转移
。【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
冷却到室温时
(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,一氧化碳难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
偏小
(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
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
。答案:16. (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:
【分析】
本题围绕“两组分混合物含量测定”的思维模型,考查空气中氧气含量测定的相关实验。解题时需结合实验原理、操作要点、误差分析及思维模型的应用逐一分析:
(1)根据“沸点低的组分先汽化”的性质,液氮先汽化实现组分分离,对应思维模型中的分离转移操作;
(2)测定氧气含量时,需待装置冷却至室温再打开止水夹,避免气体受热膨胀导致测量误差;
(3)木炭在氧气不足时生成难溶于水且不与碱反应的CO,无法被吸收,装置内压强变化小,导致测量结果偏小;
(4)图乙装置利用铜与氧气反应消耗氧气,通过注射器体积变化计算氧气含量,符合思维模型的含量测定逻辑。
【解析】
(1)将液态空气的液氮先汽化,实现两组分的分离,属于思维模型中的分离转移操作;
(2)测定空气中氧气含量时,若反应刚结束就打开止水夹,装置内气体温度较高、压强偏大,进入瓶内的水体积偏小,因此需冷却到室温时打开止水夹;
(3)足量木炭替换红磷后,氧气不充足时生成一氧化碳,一氧化碳难溶于水且不与氢氧化钠溶液反应,装置内压强减小幅度比用红磷时小,测得的氧气含量偏小;
(4)图乙实验中,铜与装置内的氧气反应生成氧化铜固体,消耗氧气;装置冷却至室温后,注射器内减少的体积等于装置内氧气的体积,氧气的体积与反应前装置内总体积的比值即为氧气含量。
【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
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验误差分析、化学反应与压强变化
【点评】
本题以“两组分混合物含量测定”的思维模型为载体,综合考查空气中氧气含量测定的实验操作、误差分析及原理应用,既注重基础实验的掌握,又考查学生对思维模型的迁移能力,是实验探究类的典型题目。
【难度系数】
0.6
本题围绕“两组分混合物含量测定”的思维模型,考查空气中氧气含量测定的相关实验。解题时需结合实验原理、操作要点、误差分析及思维模型的应用逐一分析:
(1)根据“沸点低的组分先汽化”的性质,液氮先汽化实现组分分离,对应思维模型中的分离转移操作;
(2)测定氧气含量时,需待装置冷却至室温再打开止水夹,避免气体受热膨胀导致测量误差;
(3)木炭在氧气不足时生成难溶于水且不与碱反应的CO,无法被吸收,装置内压强变化小,导致测量结果偏小;
(4)图乙装置利用铜与氧气反应消耗氧气,通过注射器体积变化计算氧气含量,符合思维模型的含量测定逻辑。
【解析】
(1)将液态空气的液氮先汽化,实现两组分的分离,属于思维模型中的分离转移操作;
(2)测定空气中氧气含量时,若反应刚结束就打开止水夹,装置内气体温度较高、压强偏大,进入瓶内的水体积偏小,因此需冷却到室温时打开止水夹;
(3)足量木炭替换红磷后,氧气不充足时生成一氧化碳,一氧化碳难溶于水且不与氢氧化钠溶液反应,装置内压强减小幅度比用红磷时小,测得的氧气含量偏小;
(4)图乙实验中,铜与装置内的氧气反应生成氧化铜固体,消耗氧气;装置冷却至室温后,注射器内减少的体积等于装置内氧气的体积,氧气的体积与反应前装置内总体积的比值即为氧气含量。
【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
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验误差分析、化学反应与压强变化
【点评】
本题以“两组分混合物含量测定”的思维模型为载体,综合考查空气中氧气含量测定的实验操作、误差分析及原理应用,既注重基础实验的掌握,又考查学生对思维模型的迁移能力,是实验探究类的典型题目。
【难度系数】
0.6