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8. (2025·泰州月考)科学探究和证据推理是化学学科的核心素养。化学兴趣小组利用图1装置对“测定空气中氧气的含量”实验进行探究,并基于证据进行推理分析。
Ⅰ.氧气是参与“氧循环”的重要物质
(1)①图1装置,若实验过程中发现烧杯中的导管口出现气泡,则最终测得的数据会
②图2为空气成分示意图,B为
③图3实验中,小组成员利用传感器记录集气瓶内氧气浓度随时间变化的情况。从以上数据分析,最终集气瓶中的氧气没有消耗完的依据是
Ⅱ.用镁条测定空气中氧气的含量
某同学进行图4所示实验时发现,产物中有少许黄色固体。
【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点燃的镁能与空气中的氮气反应生成黄色的氮化镁固体($\ce{Mg_{3}N_{2}}$);
③氮化镁可与水反应生成氨气;
④氨气分子不停地运动,溶于水后能使无色酚酞变红。
【作出猜想】黄色固体为氮化镁。
【实验过程与结论】
(2)取
(3)写出图4中镁与氮气反应的化学方程式:
【反思交流】
(4)进行图4所示实验时,在确保规范操作的前提下,该同学所测得的空气中氧气的体积分数大于$\dfrac{1}{5}$,原因可能是
Ⅰ.氧气是参与“氧循环”的重要物质
(1)①图1装置,若实验过程中发现烧杯中的导管口出现气泡,则最终测得的数据会
偏大
(填“偏大”“偏小”或“无影响”)。②图2为空气成分示意图,B为
氧气
。③图3实验中,小组成员利用传感器记录集气瓶内氧气浓度随时间变化的情况。从以上数据分析,最终集气瓶中的氧气没有消耗完的依据是
集气瓶内氧气的最终浓度为8.86%
。Ⅱ.用镁条测定空气中氧气的含量
某同学进行图4所示实验时发现,产物中有少许黄色固体。
【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点燃的镁能与空气中的氮气反应生成黄色的氮化镁固体($\ce{Mg_{3}N_{2}}$);
③氮化镁可与水反应生成氨气;
④氨气分子不停地运动,溶于水后能使无色酚酞变红。
【作出猜想】黄色固体为氮化镁。
【实验过程与结论】
(2)取
燃烧产物于烧杯B中,加入适量水,然后用大烧杯罩住烧杯A和B,B中有气泡产生,且A中溶液变红色
,据此可推断燃烧产物中含氮化镁。(写出实验操作、现象)(3)写出图4中镁与氮气反应的化学方程式:
3Mg+N₂$\stackrel{点燃}{=\!=\!=}$Mg₃N₂
。【反思交流】
(4)进行图4所示实验时,在确保规范操作的前提下,该同学所测得的空气中氧气的体积分数大于$\dfrac{1}{5}$,原因可能是
镁能与空气中的氧气反应,也能与氮气反应
。答案
偏大
氧气
集气瓶内氧气的最终浓度为8.86%
燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然
后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色
$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$
镁能与空气中
的氧气反应，也能与氮气反应
氧气
集气瓶内氧气的最终浓度为8.86%
燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然
后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色
$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$
镁能与空气中
的氧气反应，也能与氮气反应
解析
【分析】
本题围绕空气中氧气含量测定实验展开，结合异常现象探究，需明确实验原理：消耗氧气使装置内压强减小，进入水的体积等于氧气体积。对于装置漏气导致的结果偏差，要分析压强变化；空气成分需记忆各气体体积占比；氧气是否消耗完可通过传感器浓度判断；氮化镁的检验利用其与水反应生成氨气使酚酞变红的性质；镁与氮气反应的方程式需配平；结果偏大的原因是镁还与氮气反应消耗更多气体。
【解析】
Ⅰ. (1)①：实验过程中导管口出现气泡，是因为装置内空气受热膨胀逸出，冷却后装置内压强减小更多，进入集气瓶的水体积偏大，故测得数据偏大。
②：空气成分按体积计，氮气约78%、氧气约21%，对应图2中B为氧气。
③：从图3传感器数据可知，最终集气瓶内氧气浓度为8.86%，不为0，说明氧气未消耗完。
Ⅱ. (2)根据资料，氮化镁与水反应生成氨气，氨气溶于水使酚酞变红，故实验操作为：取燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色，证明含氮化镁。
(3)镁与氮气在点燃条件下反应生成氮化镁，化学方程式为$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$。
(4)镁不仅能与空气中的氧气反应，还能与氮气反应，消耗了更多的气体，导致装置内压强减小更多，进入的水体积偏大，故测得氧气体积分数大于$\frac{1}{5}$。
【答案】
偏大；氧气；集气瓶内氧气的最终浓度为8.86%；燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色；$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$；镁能与空气中的氧气反应，也能与氮气反应
【知识点】
空气中氧气含量测定；物质的检验；化学方程式书写
【点评】
本题结合实验探究考查核心素养，需掌握空气中氧气含量测定的原理，理解异常结果的原因，学会利用物质性质设计实验验证成分，是中等难度的综合题。
【难度系数】
0.5
本题围绕空气中氧气含量测定实验展开，结合异常现象探究，需明确实验原理：消耗氧气使装置内压强减小，进入水的体积等于氧气体积。对于装置漏气导致的结果偏差，要分析压强变化；空气成分需记忆各气体体积占比；氧气是否消耗完可通过传感器浓度判断；氮化镁的检验利用其与水反应生成氨气使酚酞变红的性质；镁与氮气反应的方程式需配平；结果偏大的原因是镁还与氮气反应消耗更多气体。
【解析】
Ⅰ. (1)①：实验过程中导管口出现气泡，是因为装置内空气受热膨胀逸出，冷却后装置内压强减小更多，进入集气瓶的水体积偏大，故测得数据偏大。
②：空气成分按体积计，氮气约78%、氧气约21%，对应图2中B为氧气。
③：从图3传感器数据可知，最终集气瓶内氧气浓度为8.86%，不为0，说明氧气未消耗完。
Ⅱ. (2)根据资料，氮化镁与水反应生成氨气，氨气溶于水使酚酞变红，故实验操作为：取燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色，证明含氮化镁。
(3)镁与氮气在点燃条件下反应生成氮化镁，化学方程式为$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$。
(4)镁不仅能与空气中的氧气反应，还能与氮气反应，消耗了更多的气体，导致装置内压强减小更多，进入的水体积偏大，故测得氧气体积分数大于$\frac{1}{5}$。
【答案】
偏大；氧气；集气瓶内氧气的最终浓度为8.86%；燃烧产物于烧杯B中，加入适量水，然后用大烧杯罩住烧杯A和B，观察到B中有气泡产生，且A中溶液变红色；$\ce{3Mg + N_{2}\xlongequal{点燃}Mg_{3}N_{2}}$；镁能与空气中的氧气反应，也能与氮气反应
【知识点】
空气中氧气含量测定；物质的检验；化学方程式书写
【点评】
本题结合实验探究考查核心素养，需掌握空气中氧气含量测定的原理，理解异常结果的原因，学会利用物质性质设计实验验证成分，是中等难度的综合题。
【难度系数】
0.5
