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14 新素养 科学思维 [2025 福州台江期中]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。小明建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型，如图甲所示。运用该模型对“测定空气中氧气含量”进行实验探究：(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)
【原理分析】
(1) 利用某种化学物质将氧气反应掉以测定空气中氧气的含量属于思维模型中的(填“分离转移”或“反应转化”)。
【操作与观察】
(2) 按图乙装置测定空气中氧气含量，弹簧夹最佳打开时间是(填“反应刚结束”或“冷却到室温”)时，打开弹簧夹，水能倒吸入集气瓶的原因是。
【实验反思】
(3) 图丙装置和图乙装置对比，其优点是(写一条)。运用上述思维模型，小明又设计了图丁的实验装置(已知：铜在加热条件下能与氧气反应生成氧化铜)，试猜想铜粉可代替红磷的主要原因是
(写两条)。
【原理分析】
(1) 利用某种化学物质将氧气反应掉以测定空气中氧气的含量属于思维模型中的(填“分离转移”或“反应转化”)。
【操作与观察】
(2) 按图乙装置测定空气中氧气含量，弹簧夹最佳打开时间是(填“反应刚结束”或“冷却到室温”)时，打开弹簧夹，水能倒吸入集气瓶的原因是。
【实验反思】
(3) 图丙装置和图乙装置对比，其优点是(写一条)。运用上述思维模型，小明又设计了图丁的实验装置(已知：铜在加热条件下能与氧气反应生成氧化铜)，试猜想铜粉可代替红磷的主要原因是
(写两条)。
答案
(1) 反应转化
(2) 冷却到室温 红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
(3) 装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可) 铜粉只与氧气反应，生成物是固体
(2) 冷却到室温 红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
(3) 装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可) 铜粉只与氧气反应，生成物是固体
解析
【分析】
本题围绕“测定空气中氧气含量”的实验思维模型展开，需结合实验原理、操作要点、装置及药品的特点分析：
1. 第(1)问需区分“分离转移”（物理分离组分）和“反应转化”（化学反应除去目标组分），题目中用化学物质反应消耗氧气，对应反应转化模型；
2. 第(2)问需明确操作的关键：冷却至室温再开弹簧夹，避免气体热胀影响压强差；水倒吸的核心是瓶内压强小于外界大气压；
3. 第(3)问需对比装置的密闭性优势，同时明确替代药品需满足“只与氧气反应、生成物为固体”的条件，保证压强变化仅由氧气消耗引起。
【解析】
(1) 思维模型中，“反应转化”是通过化学反应除去混合物中的某一组分，“分离转移”是物理方法分离组分。本题用化学物质反应消耗氧气，属于反应转化模型，故填反应转化。
(2) 测定空气中氧气含量时，需待装置冷却至室温后打开弹簧夹：若反应刚结束，瓶内气体受热膨胀，压强偏大，水倒吸量不足，结果偏小。水倒吸的原因是：红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，瓶内气体总量减少，压强小于外界大气压，在大气压作用下水倒吸入集气瓶。
(3) 图丙装置为密闭装置，相比图乙的敞口装置，可避免装置漏气或气体逸出，测定结果更准确（合理即可）；铜粉可代替红磷的原因：一是铜粉只与空气中的氧气反应，不与氮气等其他气体反应；二是生成物氧化铜为固体，不会生成气体影响瓶内压强变化，符合实验要求。
【答案】
(1) 反应转化
(2) 冷却到室温；红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
(3) 装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)；铜粉只与氧气反应，生成物是固体
【知识点】
空气中氧气含量测定；化学实验方案评价；金属的化学性质
【点评】
本题以“两组分混合物含量测定”的思维模型为载体，综合考查测定空气中氧气含量的实验原理、操作要点、装置优缺点及替代药品的选择，需学生理解实验核心逻辑（压强变化），掌握实验注意事项，是对基础实验知识的综合应用考查。
【难度系数】
0.5
本题围绕“测定空气中氧气含量”的实验思维模型展开，需结合实验原理、操作要点、装置及药品的特点分析：
1. 第(1)问需区分“分离转移”（物理分离组分）和“反应转化”（化学反应除去目标组分），题目中用化学物质反应消耗氧气，对应反应转化模型；
2. 第(2)问需明确操作的关键：冷却至室温再开弹簧夹，避免气体热胀影响压强差；水倒吸的核心是瓶内压强小于外界大气压；
3. 第(3)问需对比装置的密闭性优势，同时明确替代药品需满足“只与氧气反应、生成物为固体”的条件，保证压强变化仅由氧气消耗引起。
【解析】
(1) 思维模型中，“反应转化”是通过化学反应除去混合物中的某一组分，“分离转移”是物理方法分离组分。本题用化学物质反应消耗氧气，属于反应转化模型，故填反应转化。
(2) 测定空气中氧气含量时，需待装置冷却至室温后打开弹簧夹：若反应刚结束，瓶内气体受热膨胀，压强偏大，水倒吸量不足，结果偏小。水倒吸的原因是：红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，瓶内气体总量减少，压强小于外界大气压，在大气压作用下水倒吸入集气瓶。
(3) 图丙装置为密闭装置，相比图乙的敞口装置，可避免装置漏气或气体逸出，测定结果更准确（合理即可）；铜粉可代替红磷的原因：一是铜粉只与空气中的氧气反应，不与氮气等其他气体反应；二是生成物氧化铜为固体，不会生成气体影响瓶内压强变化，符合实验要求。
【答案】
(1) 反应转化
(2) 冷却到室温；红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
(3) 装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)；铜粉只与氧气反应，生成物是固体
【知识点】
空气中氧气含量测定；化学实验方案评价；金属的化学性质
【点评】
本题以“两组分混合物含量测定”的思维模型为载体，综合考查测定空气中氧气含量的实验原理、操作要点、装置优缺点及替代药品的选择，需学生理解实验核心逻辑（压强变化），掌握实验注意事项，是对基础实验知识的综合应用考查。
【难度系数】
0.5
15 新趋势 教材P50复习与提高T6改编 学习了过氧化氢制氧气使用二氧化锰作催化剂，某化学兴趣小组的同学在寻找新的催化剂的活动中，对硫酸铜能否作过氧化氢分解的催化剂进行了下列探究。
【查阅资料】硫酸铜溶于水，溶液呈蓝色。
【实验探究】
（1）甲同学按如下方案进行实验。
【评价改进】
（2）大家认为甲同学的实验结论不严谨。若要确定该实验结论正确，则还需证明硫酸铜的
【继续探究】
（3）小组同学用下列方法继续探究上述实验：将甲同学实验后试管中的溶液蒸发、干燥得到白色固体，再称其质量为$m\ \mathrm{g}$，然后将固体加入5%的
【拓展延伸】同学们对上述实验进行了下列反思：
（4）比较硫酸铜和二氧化锰对过氧化氢制取氧气的催化效果，实验过程中需要控制的条件是
A. 溶液的起始温度
B. 催化剂的质量
C. 溶液的浓度
D. 反应的起始时间
【查阅资料】硫酸铜溶于水，溶液呈蓝色。
【实验探究】
（1）甲同学按如下方案进行实验。
【评价改进】
（2）大家认为甲同学的实验结论不严谨。若要确定该实验结论正确，则还需证明硫酸铜的
质量和化学性质
在反应前后都没有发生改变。【继续探究】
（3）小组同学用下列方法继续探究上述实验：将甲同学实验后试管中的溶液蒸发、干燥得到白色固体，再称其质量为$m\ \mathrm{g}$，然后将固体加入5%的
过氧化氢
溶液中，带火星的木条再次复燃，说明硫酸铜仍然可以加快过氧化氢分解。【拓展延伸】同学们对上述实验进行了下列反思：
（4）比较硫酸铜和二氧化锰对过氧化氢制取氧气的催化效果，实验过程中需要控制的条件是
ABC
（填字母）。A. 溶液的起始温度
B. 催化剂的质量
C. 溶液的浓度
D. 反应的起始时间
答案
（1）复燃 过氧化氢$\xrightarrow{硫酸铜}$水+氧气
（2）质量和化学性质
（3）过氧化氢
（4）ABC
（2）质量和化学性质
（3）过氧化氢
（4）ABC
解析
【分析】
要解决这道题，需结合催化剂的定义（能改变化学反应速率，且反应前后质量和化学性质均不变），分析实验现象与实验设计逻辑：首先，过氧化氢分解产生的氧气能使带火星木条复燃，可判断步骤③的现象；反应的文字表达式需明确反应物、生成物和催化剂；确定催化剂需验证其质量和化学性质不变；验证化学性质时，将反应后的硫酸铜再次加入过氧化氢溶液，观察是否仍能催化；对比催化效果需遵循控制变量原则，保证除催化剂种类外其他条件一致。
【解析】
（1）步骤②加入硫酸铜后，过氧化氢快速分解产生氧气，氧气能使带火星的木条复燃，因此步骤③的现象是带火星的木条复燃；过氧化氢在硫酸铜催化作用下分解生成水和氧气，文字表达式为：$\mathrm{过氧化氢}\xrightarrow{\mathrm{硫酸铜}}\mathrm{水}+\mathrm{氧气}$。
（2）催化剂的特征是“一变两不变”，即改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变，因此要确定硫酸铜是催化剂，还需证明其质量和化学性质在反应前后未改变。
（3）要验证硫酸铜的化学性质在反应前后不变，需将反应后得到的硫酸铜固体再次加入过氧化氢溶液中，若仍能加快过氧化氢分解，说明化学性质未改变，故此处填过氧化氢。
（4）对比不同催化剂的催化效果时，需控制其他影响反应速率的条件相同，即溶液的起始温度、催化剂的质量、溶液的浓度都要保持一致，反应的起始时间不需要控制，因此选ABC。
【答案】
（1）复燃；$\mathrm{过氧化氢}\xrightarrow{\mathrm{硫酸铜}}\mathrm{水}+\mathrm{氧气}$
（2）质量和化学性质
（3）过氧化氢
（4）ABC
【知识点】
催化剂的概念、过氧化氢分解反应、控制变量法
【点评】
本题围绕“硫酸铜能否作过氧化氢分解的催化剂”展开实验探究，重点考查催化剂的定义及实验设计的控制变量思想，是化学实验探究的基础题型，需准确理解催化剂的特征并灵活应用控制变量法。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需结合催化剂的定义（能改变化学反应速率，且反应前后质量和化学性质均不变），分析实验现象与实验设计逻辑：首先，过氧化氢分解产生的氧气能使带火星木条复燃，可判断步骤③的现象；反应的文字表达式需明确反应物、生成物和催化剂；确定催化剂需验证其质量和化学性质不变；验证化学性质时，将反应后的硫酸铜再次加入过氧化氢溶液，观察是否仍能催化；对比催化效果需遵循控制变量原则，保证除催化剂种类外其他条件一致。
【解析】
（1）步骤②加入硫酸铜后，过氧化氢快速分解产生氧气，氧气能使带火星的木条复燃，因此步骤③的现象是带火星的木条复燃；过氧化氢在硫酸铜催化作用下分解生成水和氧气，文字表达式为：$\mathrm{过氧化氢}\xrightarrow{\mathrm{硫酸铜}}\mathrm{水}+\mathrm{氧气}$。
（2）催化剂的特征是“一变两不变”，即改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变，因此要确定硫酸铜是催化剂，还需证明其质量和化学性质在反应前后未改变。
（3）要验证硫酸铜的化学性质在反应前后不变，需将反应后得到的硫酸铜固体再次加入过氧化氢溶液中，若仍能加快过氧化氢分解，说明化学性质未改变，故此处填过氧化氢。
（4）对比不同催化剂的催化效果时，需控制其他影响反应速率的条件相同，即溶液的起始温度、催化剂的质量、溶液的浓度都要保持一致，反应的起始时间不需要控制，因此选ABC。
【答案】
（1）复燃；$\mathrm{过氧化氢}\xrightarrow{\mathrm{硫酸铜}}\mathrm{水}+\mathrm{氧气}$
（2）质量和化学性质
（3）过氧化氢
（4）ABC
【知识点】
催化剂的概念、过氧化氢分解反应、控制变量法
【点评】
本题围绕“硫酸铜能否作过氧化氢分解的催化剂”展开实验探究，重点考查催化剂的定义及实验设计的控制变量思想，是化学实验探究的基础题型，需准确理解催化剂的特征并灵活应用控制变量法。
【难度系数】
0.6
