1. [2025 天津河西期中]如图所示为拉瓦锡测定空气中氧气含量的实验装置,已知汞(Hg)的沸点约为 $357°C$,反应可表示为$汞+氧气\xrightarrow{加热}氧化汞$。下列说法中,正确的是 （）

A.汞的用量不会影响测定结果
B.充分反应后,曲颈甑中剩余的气体只有氮气
C.实验可以用蜡烛代替汞,减少污染
D.该条件下,汞与氧气反应的接触面积较大,反应更充分

1. D 汞的用量会影响测定结果,汞必须足量,否则不能将容器内的氧气耗尽,会使测定结果偏小,A 错误。充分反应后,曲颈甑中剩余的气体不是只有氮气,还含有稀有气体、二氧化碳等,B 错误。蜡烛在空气中燃烧会生成二氧化碳气体,虽除去了氧气,但增加了新的气体,没有形成压强差,不能用来代替汞测定空气中氧气含量,C 错误。该条件下,汞与氧气反应的接触面积较大,反应更充分,D 正确。

【分析】
我们做这道题时，首先要明确拉瓦锡测定空气中氧气含量实验的核心原理和要求，再结合空气的组成、反应物的选择规则逐一判断每个选项：这类定量测定实验的关键前提是，反应物需要足量才能完全消耗装置内的氧气，反应物只能和氧气发生反应，且反应后不能生成新的气态物质，保证装置内压强明显减小。接下来逐个排查选项：首先判断A选项，要耗尽氧气汞必须足量，用量不足会导致氧气残留，测定结果偏小，A错误；再判断B选项，空气是混合物，除氧气、氮气外还有稀有气体、二氧化碳等成分，反应后剩余气体不可能只有氮气，B错误；再判断C选项，蜡烛燃烧会生成二氧化碳气体，装置内压强几乎没有下降，无法形成明显的压强差，不能用来测定氧含量，C错误；最后判断D选项，汞是液态金属，和氧气的接触面积大，反应更充分，该说法正确，最终选出正确答案。
【解析】
逐一分析各选项：
A. 测定空气中氧气含量时，汞必须足量才能将曲颈甑内的氧气完全耗尽，若汞的用量不足，会导致测得的氧气体积分数偏小，因此汞的用量会影响测定结果，A错误。
B. 空气属于混合物，除氧气、氮气之外，还含有稀有气体、二氧化碳等其他成分，充分反应消耗完氧气后，曲颈甑中剩余的气体不只有氮气，B错误。
C. 蜡烛在空气中燃烧会生成二氧化碳气体，消耗氧气的同时生成了新的气态物质，装置内压强几乎没有明显减小，无法形成压强差，不能用来代替汞测定空气中氧气的含量，C错误。
D. 该实验条件下汞为液态，和氧气的接触面积较大，能够让反应进行得更充分，完全消耗装置内的氧气，D正确。
【答案】
D
【知识点】
空气中氧气含量测定；空气的组成；测定实验反应物选择
【点评】
本题围绕拉瓦锡测定空气成分的经典实验设置易错选项，重点考查学生对该类定量测定实验核心要求的理解，辨析了反应物用量、剩余气体成分、替代反应物选择等常见误区，能够帮助学生巩固测定空气中氧含量实验的核心逻辑，加深对空气组成相关知识点的掌握。
【难度系数】
0.8

2.［2025苏州吴中期中］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。某兴趣小组建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型，如图甲所示。
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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）利用某种化学物质消耗氧气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”）。
【经典重现】用图Ⅰ所示的装置测定空气中氧气的含量，点燃红磷后迅速伸入并旋紧胶塞。若连接氧气传感器，则集气瓶内氧气的体积分数变化曲线如图Ⅲ中曲线a所示。
（2）写出红磷燃烧的文字表达式：，弹簧夹的最佳打开时间是。


（第2题图乙）

（1）反应转化
（2）磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷 冷却到室温
[解析]（1）利用某种化学物质消耗氧气以测定空气中氧气的含量属于思维模型中的反应转化。（2）红磷燃烧生成五氧化二磷,按图Ⅰ所示的装置测定空气中氧气含量,若没有冷却到室温就打开弹簧夹,会造成测量结果偏小,故弹簧夹最佳打开时间是冷却至室温。

【分析】
我们先逐个梳理问题的思考路径：①第一问先明确题目给出的两个思维模型的差异：分离转移是不改变物质化学性质，直接将两组分分开；反应转化是让某一组分通过化学反应转化为其他物质。本题中用化学物质消耗氧气，是让氧气发生化学反应被除去，因此对应反应转化类别。②第二问首先回忆红磷燃烧的反应物、反应条件、生成物，即可写出对应的文字表达式；再从压强差的角度分析弹簧夹的打开时机：如果装置未冷却到室温就打开弹簧夹，瓶内剩余气体受热膨胀，内部压强偏大，进入集气瓶的水的体积会小于正常值，导致测定结果偏小，因此需要等装置完全冷却到室温再打开弹簧夹，保证实验结果准确。
【解析】
（1）利用化学物质消耗氧气的过程中，氧气发生了化学反应被转化为其他物质，没有直接将氮气和氧气分离，因此属于思维模型中的反应转化。
（2）红磷在点燃条件下与氧气反应生成五氧化二磷，对应的文字表达式为：$\ce{磷 + 氧气\xrightarrow{点燃}五氧化二磷}$；为了避免瓶内气体受热膨胀导致压强差偏小，使进入集气瓶的水的体积测量结果准确，弹簧夹的最佳打开时间是装置冷却到室温。
【答案】
（1）反应转化 （2）磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷；冷却到室温
【知识点】
空气中氧气含量测定，红磷燃烧反应，实验操作规范
【点评】
本题以混合物含量测定的思维模型为新情境，考察空气中氧气含量测定的基础知识点，既落实了基础反应的书写要求，也考察了实验操作背后的原理，引导学生建立模型认知的化学思维，属于核心基础实验考点，整体难度较低。
【难度系数】
0.8

【改进实验 1】用图Ⅱ所示的装置进行实验。实验步骤:① 连接仪器并检查装置气密性;② 接通电源,用发热电阻丝引燃足量红磷;③ 待红磷熄灭,选择最佳时间读数。若连接氧气传感器,左侧管中氧气的体积分数变化曲线如图Ⅲ中曲线b所示。
（3）若实验成功,该过程中左管液面的变化情况是。与图Ⅰ所示的实验相比,图Ⅱ所示的实验的优点除了实验结果更准确外,还有。
【改进实验 2】按图Ⅳ所示的装置进行实验,氧气的体积分数变化曲线如图Ⅴ所示。
（4）在实验过程中,氧气体积分数的变化情况为。
（5）根据曲线分析,选择使用铁粉进行实验的理由是。

（3）先下降后上升 实验更环保(合理答案均可)
（4）先减小后保持不变
（5）铁粉消耗氧气更彻底,所得数据会更接近于 21%
[解析]（3）用图Ⅱ所示的装置进行实验,若实验成功,该过程中左管液面的变化情况是先下降后上升(红磷燃烧放热,温度升高,导致压强增大的程度大于消耗氧气导致压强减小的程度,最终压强增大,液面下降,完全反应后温度降低,氧气消耗,压强减小,液面上升)。与图Ⅰ所示的实验相比,图Ⅱ所示的实验始终在密闭容器内进行,故其优点除了实验结果更准确外,还有实验更环保。（4）在实验过程中,装置内氧气逐渐被消耗,反应完全后氧气含量不再改变。（5）根据图Ⅴ曲线可知,选择使用铁粉进行实验能将装置内空气中的氧气消耗得更彻底,所得数据会更接近于 21%。

【分析】
这道题围绕空气中氧气含量测定的改进实验展开，解题思路如下：
1. 分析液面变化时，要分两个阶段判断装置内压强的变化：第一阶段红磷燃烧放热，装置内气体受热膨胀，压强增幅大于氧气消耗带来的压强减幅，此时内部压强大于外界大气压，液面会被下压；第二阶段反应结束后温度冷却到室温，氧气被大量消耗，内部压强小于外界大气压，液面会上升，由此推导液面整体变化规律。
2. 对比传统实验和图II装置的差异：图II全程处于密闭状态，不会让燃烧产物逸散，也不需要打开装置塞子伸入点燃的红磷，由此梳理出除了结果更准确之外的优势。
3. 分析氧气体积分数变化时，结合反应逻辑：反应进行时氧气被持续消耗，浓度不断降低，反应停止后氧气不再被消耗，浓度就保持稳定。
4. 最后对比红磷和铁粉的耗氧效果，从曲线数据的差异出发，就能得出铁粉作为反应物的优势。
【解析】
（3）红磷燃烧过程中会释放大量热量，装置内的空气受热膨胀，压强瞬间增大，该压强增幅超过了氧气消耗带来的压强降幅，内部压强大于外界大气压，因此左管液面先下降；待红磷熄灭装置冷却至室温后，装置内的氧气已经被大量消耗，内部压强小于外界大气压，液面在大气压的作用下逐渐上升，因此整体液面变化为先下降后上升。图II装置全程密闭，红磷燃烧生成的有毒五氧化二磷不会逸散到空气中，因此除了实验结果更准确外，还具备实验更环保的优点。
（4）实验过程中，铁粉和氧气发生反应持续消耗装置内的氧气，氧气体积分数不断降低，当装置内的氧气几乎被完全消耗后反应停止，氧气体积分数不再发生变化，因此整体变化为先减小后保持不变。
（5）对比红磷燃烧的耗氧曲线可以发现，铁粉参与反应时能将装置内的氧气消耗得更彻底，最终测得的氧气体积分数更接近空气中氧气的实际占比21%，实验误差更小。
【答案】
（3）先下降后上升 实验更环保(合理答案均可)
（4）先减小后保持不变
（5）铁粉消耗氧气更彻底，所得数据会更接近于 21%
【知识点】
空气中氧气含量测定，装置压强变化分析，实验方案评价
【点评】
本题属于空气中氧气含量测定的经典改进实验题型，跳出了课本基础实验的死记硬背要求，引导学生结合反应的热量变化、气体消耗逻辑动态分析压强变化，同时结合图像数据对比不同反应物的实验效果，深度考察学生对测定实验核心原理的理解，难度适中，是落实实验探究核心素养的典型题型。
【难度系数】
0.7