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15.(9分)兴趣小组开展“测定空气中氧气含量”的系列探究活动。
【史料回顾】
1774年,拉瓦锡利用图甲所示的装置测定空气成分,他将金属汞(Hg)放在密闭的曲颈甑里连续加热12天,得到红色粉末氧化汞,容器中空气体积大约减小了$\frac{1}{5}$。随后他又将产生的红色粉末收集于另一容器中加热,发现又生成了汞和另一种气体。这种气体的体积恰好等于之前曲颈甑中空气减小的体积。
(1)实验中,金属汞(Hg)和氧气反应产生氧化汞(HgO),请写出该反应的化学方程式: 。
【教材实验】
小组同学利用图乙所示的装置进行实验验证,其主要步骤如下:
①在集气瓶中加入少量水,将水面上方的空间等分为10份。
②火焰熄灭后,振荡集气瓶,等待集气瓶冷却至室温。
③点燃燃烧匙内的红磷,立即塞紧瓶塞。
④关闭导管上的止水夹。
⑤打开导管上的止水夹,观察现象并记录瓶内水位变化情况。
(2)将上述实验步骤进行正确排序:①⑤。
(3)实验中红磷的用量有什么要求? 。
【对比实验】
(4)对比教材实验,拉瓦锡的实验有何优点? (写出一点)。
【史料回顾】
1774年,拉瓦锡利用图甲所示的装置测定空气成分,他将金属汞(Hg)放在密闭的曲颈甑里连续加热12天,得到红色粉末氧化汞,容器中空气体积大约减小了$\frac{1}{5}$。随后他又将产生的红色粉末收集于另一容器中加热,发现又生成了汞和另一种气体。这种气体的体积恰好等于之前曲颈甑中空气减小的体积。
(1)实验中,金属汞(Hg)和氧气反应产生氧化汞(HgO),请写出该反应的化学方程式: 。
【教材实验】
小组同学利用图乙所示的装置进行实验验证,其主要步骤如下:
①在集气瓶中加入少量水,将水面上方的空间等分为10份。
②火焰熄灭后,振荡集气瓶,等待集气瓶冷却至室温。
③点燃燃烧匙内的红磷,立即塞紧瓶塞。
④关闭导管上的止水夹。
⑤打开导管上的止水夹,观察现象并记录瓶内水位变化情况。
(2)将上述实验步骤进行正确排序:①⑤。
(3)实验中红磷的用量有什么要求? 。
【对比实验】
(4)对比教材实验,拉瓦锡的实验有何优点? (写出一点)。
答案
$2Hg+O_{2}\stackrel{△}{=\!=\!=}2HgO$
④③②
足量
实验结果更准确(合理即可)
④③②
足量
实验结果更准确(合理即可)
解析
【分析】
本题围绕测定空气中氧气含量的两个经典实验展开，需结合化学反应原理、实验操作逻辑、药品作用及实验评价等知识点逐一分析：
1. 第(1)问需根据反应物、生成物和反应条件书写配平的化学方程式；
2. 第(2)问需明确红磷燃烧实验的操作顺序：先准备装置，再关闭止水夹防止气体逸出，接着点燃红磷反应，待冷却后打开止水夹；
3. 第(3)问需理解实验原理：红磷需足量才能完全消耗瓶内氧气，保证实验结果准确；
4. 第(4)问需对比两个实验的反应特点，分析拉瓦锡实验的优势。
【解析】
(1) 汞与氧气在加热条件下反应生成氧化汞，根据化学方程式书写规则，配平后为：$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；
(2) 红磷燃烧实验的正确步骤：先在集气瓶中加水并等分空间（①），接着关闭止水夹（④，避免燃烧时气体受热逸出），然后点燃红磷并塞紧瓶塞（③），待火焰熄灭、集气瓶冷却至室温（②），最后打开止水夹（⑤），故排序为①④③②⑤；
(3) 实验中红磷需足量，目的是完全消耗集气瓶内的氧气，确保测定结果准确；
(4) 拉瓦锡实验的优点：汞与氧气反应更彻底，能几乎完全消耗密闭容器内的氧气，实验结果更准确（或误差小、设计严谨等，合理即可）。
【答案】
$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；④③②；足量；实验结果更准确（合理即可）
【知识点】
化学方程式书写、空气中氧气含量测定、实验操作评价
【点评】
本题结合经典实验考查测定空气中氧气含量的核心知识，涵盖基础化学用语、实验步骤、药品要求及实验对比分析，有助于学生理解实验原理，培养实验探究与评价能力，属于中等难度的基础综合题。
【难度系数】
0.5
本题围绕测定空气中氧气含量的两个经典实验展开，需结合化学反应原理、实验操作逻辑、药品作用及实验评价等知识点逐一分析：
1. 第(1)问需根据反应物、生成物和反应条件书写配平的化学方程式；
2. 第(2)问需明确红磷燃烧实验的操作顺序：先准备装置，再关闭止水夹防止气体逸出，接着点燃红磷反应，待冷却后打开止水夹；
3. 第(3)问需理解实验原理：红磷需足量才能完全消耗瓶内氧气，保证实验结果准确；
4. 第(4)问需对比两个实验的反应特点，分析拉瓦锡实验的优势。
【解析】
(1) 汞与氧气在加热条件下反应生成氧化汞，根据化学方程式书写规则，配平后为：$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；
(2) 红磷燃烧实验的正确步骤：先在集气瓶中加水并等分空间（①），接着关闭止水夹（④，避免燃烧时气体受热逸出），然后点燃红磷并塞紧瓶塞（③），待火焰熄灭、集气瓶冷却至室温（②），最后打开止水夹（⑤），故排序为①④③②⑤；
(3) 实验中红磷需足量，目的是完全消耗集气瓶内的氧气，确保测定结果准确；
(4) 拉瓦锡实验的优点：汞与氧气反应更彻底，能几乎完全消耗密闭容器内的氧气，实验结果更准确（或误差小、设计严谨等，合理即可）。
【答案】
$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；④③②；足量；实验结果更准确（合理即可）
【知识点】
化学方程式书写、空气中氧气含量测定、实验操作评价
【点评】
本题结合经典实验考查测定空气中氧气含量的核心知识，涵盖基础化学用语、实验步骤、药品要求及实验对比分析，有助于学生理解实验原理，培养实验探究与评价能力，属于中等难度的基础综合题。
【难度系数】
0.5
