24.(8分)学习了大气的压强后,某科学兴趣小组利用自来水、水桶和不会被压扁的PU气泵管做了改进版的“托里拆利实验”。

实验步骤:先将长为24m的PU气泵管中灌满自来水,再将气泵管两端均浸入液面以下,如图甲所示,再将绳子绑在管子的中部,缓慢提升气泵管。
实验现象:①开始时管内液柱随管同步上升,气泵管上升过程中,可观察到液柱上方有气泡产生,且高度越高的地方气泡产生越多;②气泵管上升到10m左右时管内液柱不再上升,如图乙所示。
测量计算:待管内液面高度稳定后用刻度尺量出所需要的量,并通过公式$p = \rho gh$计算得出实验地的气压值,发现测得的值比实际气压值小很多。
(1)气泵管上升过程中出现的气泡是溶解在自来水中的气体在压强变小时溶解度(填“增大”或“减小”)而逸出。
(2)测量实验所需的量时,若气泵管倾斜,则所测得的量将(填字母)。
A.偏大
B.不变
C.偏小
实验改进:为排除自来水中溶解气体造成测得值偏小的问题,该兴趣小组的同学用已除尽溶解气体的凉开水替换自来水重新进行实验,发现管内液柱在不再上升时也会产生气泡。
(3)用凉开水做实验时,管内液柱在不再上升时所产生的气泡是由于低压环境下水的(填物态变化名称)而产生。
(4)根据以上情况分析可知,用凉开水做“托里拆利实验”测得的值直接计算所得大气压也比真实值低,其原因可能是

减小
B
沸腾(或
汽化)
液柱上方不是真空

【分析】
本题围绕改进版托里拆利实验，结合气体溶解度、大气压强、物态变化等知识解题。
(1) 气体溶解度随压强变化：压强减小，气体溶解度减小，自来水中溶解的气体逸出形成气泡，据此判断。
(2) 托里拆利实验中，大气压支撑的是管内外液面的竖直高度差，气泵管倾斜时，竖直高度差不变，故测量的量不变。
(3) 低压环境下，水的沸点降低，会发生汽化产生气泡，据此判断物态变化。
(4) 用凉开水实验时，液柱上方并非真空，存在少量气体，这些气体的压强会抵消部分大气压，导致测得的液柱高度偏小，计算出的大气压值偏小。
【解析】
(1) 气体的溶解度与压强有关，压强越小，气体溶解度越小。气泵管上升过程中，管内压强减小，溶解在自来水中的气体溶解度减小，从而逸出形成气泡，故填“减小”。
(2) 托里拆利实验中，大气压的大小等于管内外液面的竖直高度差产生的压强。若气泵管倾斜，管内液柱的竖直高度差不变，因此测量的量不变，故选B。
(3) 用凉开水实验时，管内液柱上方压强小，水在低压环境下发生汽化（沸腾），产生水蒸气形成气泡，故填“沸腾(或汽化)”。
(4) 用凉开水做实验时，管内液柱上方不是真空，存在少量气体，这些气体产生的压强会作用在液柱上，使得大气压支撑的液柱高度比真实情况小，因此根据公式$p = \rho gh$计算出的大气压值比真实值低。
【答案】
减小；B；沸腾(或汽化)；液柱上方不是真空
【知识点】
气体溶解度、大气压强、物态变化
【点评】
本题结合改进版托里拆利实验，考查气体溶解度、大气压强测量原理及物态变化，需理解实验现象的成因，区分不同实验材料下液柱上方的环境差异，是对大气压强相关知识的综合应用。
【难度系数】
0.5

25.(8分)小科设计如图所示的实验装置来同时完成燃烧条件的探究和空气中氧气含量的测定。装置中注射器活塞与内壁间的摩擦忽略不计。查阅资料得知:①白磷的着火点是$40°C$,当容器内的氧气浓度低于一定值时,白磷无法继续燃烧;②“暖宝宝”能耗尽容器中少量的氧气。实验操作步骤如下:①拉动注射器活塞,检查装置气密性;②将盛有足量白磷的燃烧匙放入空集气瓶中,塞紧塞子,白磷不燃烧;③打开集气瓶塞子,往瓶中倒满$80°C$的热水,并塞紧塞子,白磷仍然不能燃烧;④打开$\mathrm{K}_1$和$\mathrm{K}_2$,通过注射器从b管抽水,当注射器中水量达到$V_1\ \mathrm{mL}$时,瓶中液面低于燃烧匙底部,此时立即关闭$\mathrm{K}_1$、$\mathrm{K}_2$,发现瓶中白磷燃烧;⑤待充分反应并冷却至室温后,打开$\mathrm{K}_2$,发现注射器中的水剩余$V_2\ \mathrm{mL}$。

(1)在步骤①中,若观察到注射器活塞回到原处,则证明该装置气密性(填“良好”或“不好”)。
(2)结合步骤(填序号),说明白磷燃烧需要氧气。
(3)该实验可得出空气中氧气的体积分数为(用含有$V_1$、$V_2$的代数式来表示)。
(4)小科多次重复上述实验,得到空气中氧气的体积分数都大于21%。为了减小误差,应该如何改进上述操作?。

良好
③④
$\frac{V_1-V_2}{V_1}×100\%$
待充分反应并将装置温度恢复至80℃后，打开$\mathrm{K}_2$，观察注射器中水的剩余体积

【分析】
本题结合燃烧条件探究和空气中氧气含量测定的实验，需根据实验原理、控制变量法、气压变化等分析各问题：
(1) 检查气密性利用装置内外气压差，活塞的状态可判断气密性；
(2) 要说明白磷燃烧需要氧气，需找到“温度达着火点但无氧气”和“温度达着火点且有氧气”的对比实验；
(3) 空气中氧气体积分数为消耗氧气体积与空气总体积的比值，消耗氧气体积对应注射器减少的水的体积；
(4) 实验结果偏大需分析误差原因，通过调整温度保证气压测量准确以减小误差。
【解析】
(1) 检查装置气密性时，拉动注射器活塞，装置内压强减小，若装置气密性良好，外界空气无法进入，活塞会回到原处，故填“良好”；
(2) 步骤③中，白磷温度达到着火点（80℃＞40℃），但瓶内充满热水无氧气，白磷不燃烧；步骤④中，抽水使瓶内液面下降，白磷接触氧气后燃烧，对比步骤③和④，说明白磷燃烧需要氧气；
(3) 步骤④中瓶内空气体积为$V_1\ \mathrm{mL}$，反应后消耗氧气的体积等于注射器减少的水的体积，即$(V_1-V_2)\ \mathrm{mL}$，因此空气中氧气的体积分数为$\frac{V_1-V_2}{V_1}×100\%$；
(4) 实验结果大于21%是因为冷却至室温时装置内气体收缩，导致测得氧气体积偏大，改进操作：待充分反应并将装置温度恢复至80℃后，打开$\mathrm{K}_2$，观察注射器中水的剩余体积，保证温度与反应时一致，减少误差。
【答案】
良好；③④；$\frac{V_1-V_2}{V_1}×100\%$；待充分反应并将装置温度恢复至80℃后，打开$\mathrm{K}_2$，观察注射器中水的剩余体积
【知识点】
燃烧条件、空气中氧气含量测定、装置气密性检查
【点评】
本题将燃烧条件探究与氧气含量测定结合，实验设计巧妙，考查学生对实验原理的理解和误差分析能力，需运用控制变量法和气压变化分析实验。
【难度系数】
0.5