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16. (24 分) 新趋势 项目式探究 同学们对身边的空气质量开启了项目式学习的探究之旅。
任务一:查阅空气质量日报
空气质量指数(简称 AQI)是定量描述空气质量状况的指数,其范围和对应的空气质量级别分别是0~50(优)、51~100(良)、101~200(轻度污染)、201~300(中度污染)和大于300(严重污染)。某日我市空气质量数据如下表:
(1)该日我市空气质量属于国家空气质量标准的
任务二:探究沙尘对空气中氧气体积分数的影响
【资料收集】
①发热贴发热原理:铁粉与氧气反应生锈,放热,其中辅助成分不与氧气反应。
②铁锈为红色固体且不能被磁铁吸引。
【装置设计】同学们将图1重新设计(如图2),利用生活中常见的发热贴欲测定沙尘天气中空气中氧气的含量。
【进行实验】
(2)用集气瓶(有效容积为 500 mL)取空气样品,塞紧胶塞,观察到温度计的示数明显增大;待冷却到室温,打开弹簧夹,观察到量筒内水面下降了90 mL,由此可知该空气样品中氧气的体积分数约为
【得出结论】
(3)沙尘会导致空气中氧气的体积分数减少,请猜测其可能的原因是
【表达与交流】
(4)生活中,减少沙尘天气出现可采用
【反思评价】
(5)图1中反应的文字表达式为
(6)为证明图2中发热贴与氧气发生了反应,可在反应后进行的简单实验操作是
(7)结合图1和图2,在测定空气中氧气体积分数的实验中,选择的依据是
任务一:查阅空气质量日报
空气质量指数(简称 AQI)是定量描述空气质量状况的指数,其范围和对应的空气质量级别分别是0~50(优)、51~100(良)、101~200(轻度污染)、201~300(中度污染)和大于300(严重污染)。某日我市空气质量数据如下表:
(1)该日我市空气质量属于国家空气质量标准的
优
级,首要污染物是PM₁₀
。任务二:探究沙尘对空气中氧气体积分数的影响
【资料收集】
①发热贴发热原理:铁粉与氧气反应生锈,放热,其中辅助成分不与氧气反应。
②铁锈为红色固体且不能被磁铁吸引。
【装置设计】同学们将图1重新设计(如图2),利用生活中常见的发热贴欲测定沙尘天气中空气中氧气的含量。
【进行实验】
(2)用集气瓶(有效容积为 500 mL)取空气样品,塞紧胶塞,观察到温度计的示数明显增大;待冷却到室温,打开弹簧夹,观察到量筒内水面下降了90 mL,由此可知该空气样品中氧气的体积分数约为
18%
。【得出结论】
(3)沙尘会导致空气中氧气的体积分数减少,请猜测其可能的原因是
沙尘天气时,空气中的可吸入颗粒会增多,所以使得氧气的含量减少
。【表达与交流】
(4)生活中,减少沙尘天气出现可采用
植树造林(合理即可)
措施。【反思评价】
(5)图1中反应的文字表达式为
红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
,该反应的基本反应类型是化合
反应。与图1相比,图2的优点是测量结果准确,操作简便
。(6)为证明图2中发热贴与氧气发生了反应,可在反应后进行的简单实验操作是
观察发热贴颜色,若为红色固体说明已反应(或用磁铁吸引,若不能被吸引则证明已反应)
。(7)结合图1和图2,在测定空气中氧气体积分数的实验中,选择的依据是
一定条件下能与空气中氧气反应,同时生成物不能是气体
(答一点)。答案
(1)优 PM₁₀ (2)18% (3)沙尘天气时,空气中的可吸入颗粒会增多,所以使得氧气的含量减少 (4)植树造林(合理即可) (5)红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷 化合 测量结果准确,操作简便 (6)观察发热贴颜色,若为红色固体说明已反应(或用磁铁吸引,若不能被吸引则证明已反应) (7)一定条件下能与空气中氧气反应,同时生成物不能是气体
解析:(1)根据空气质量数据表可知,该日空气质量指数为48,大于0小于50,处于优级;空气质量指数为48,其中PM₁₀的指数为30,所以首要污染物是PM₁₀。
(2)用集气瓶取空气样品后,塞紧胶塞,发热贴和空气中氧气反应后,观察到温度计的示数明显增大;待冷却到室温,打开弹簧夹,此时集气瓶内压强小于外界大气压,在大气压的作用下,量筒中的水会进入集气瓶内,消耗多少氧气,就会进入多少水,所以集气瓶中氧气的体积为90 mL,则样品中氧气的体积分数为$\dfrac{90\ \mathrm{mL}}{500\ \mathrm{mL}}×100\%=18\%$。
(3)沙尘天气时,空气中的可吸入颗粒物会增多,所以使得氧气的含量减少。
(4)干旱少雨、气温偏高是沙尘形成的气候原因,乱垦滥伐使植被破坏、土地沙漠化迅速扩展是沙尘形成的人为原因,在生活中我们可以大量植树造林,减少土地沙漠化。
(5)图1中反应为红磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷,反应的文字表达式为红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷;该反应中反应物有两种,生成物只有一种,符合两种或两种以上的物质反应生成一种物质,属于化合反应;与图1相比,图2是一个密闭体系,避免了点燃红磷时集气瓶内空气受热逸出,同时操作也比较方便。
(6)根据资料可知,铁粉与氧气反应后生成的铁锈为红色固体,且不能被磁铁吸引;为证明图2中发热贴与氧气发生了反应,可在反应后进行的简单实验操作是观察发热贴颜色,若为红色固体说明已反应,或者用磁铁吸引,若不能被吸引起则证明已反应。
(7)结合图1和图2,在测定空气中氧气体积分数的实验中,实验原理是通过物质与空气中氧气反应,从而改变装置内压强,利用压强差,使水进入装置内,所以在选择除氧剂时,选择在一定条件下能与空气中氧气反应,同时生成物不能是气体的物质。
解析:(1)根据空气质量数据表可知,该日空气质量指数为48,大于0小于50,处于优级;空气质量指数为48,其中PM₁₀的指数为30,所以首要污染物是PM₁₀。
(2)用集气瓶取空气样品后,塞紧胶塞,发热贴和空气中氧气反应后,观察到温度计的示数明显增大;待冷却到室温,打开弹簧夹,此时集气瓶内压强小于外界大气压,在大气压的作用下,量筒中的水会进入集气瓶内,消耗多少氧气,就会进入多少水,所以集气瓶中氧气的体积为90 mL,则样品中氧气的体积分数为$\dfrac{90\ \mathrm{mL}}{500\ \mathrm{mL}}×100\%=18\%$。
(3)沙尘天气时,空气中的可吸入颗粒物会增多,所以使得氧气的含量减少。
(4)干旱少雨、气温偏高是沙尘形成的气候原因,乱垦滥伐使植被破坏、土地沙漠化迅速扩展是沙尘形成的人为原因,在生活中我们可以大量植树造林,减少土地沙漠化。
(5)图1中反应为红磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷,反应的文字表达式为红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷;该反应中反应物有两种,生成物只有一种,符合两种或两种以上的物质反应生成一种物质,属于化合反应;与图1相比,图2是一个密闭体系,避免了点燃红磷时集气瓶内空气受热逸出,同时操作也比较方便。
(6)根据资料可知,铁粉与氧气反应后生成的铁锈为红色固体,且不能被磁铁吸引;为证明图2中发热贴与氧气发生了反应,可在反应后进行的简单实验操作是观察发热贴颜色,若为红色固体说明已反应,或者用磁铁吸引,若不能被吸引起则证明已反应。
(7)结合图1和图2,在测定空气中氧气体积分数的实验中,实验原理是通过物质与空气中氧气反应,从而改变装置内压强,利用压强差,使水进入装置内,所以在选择除氧剂时,选择在一定条件下能与空气中氧气反应,同时生成物不能是气体的物质。
解析
【分析】
1. 第(1)题需依据空气质量指数(AQI)的分级标准判断空气质量级别，首要污染物是AQI中数值最大的污染物，据此分析；
2. 第(2)题利用“消耗氧气的体积等于进入集气瓶内水的体积”，结合集气瓶有效容积计算氧气体积分数；
3. 第(3)题结合沙尘天气特点，分析沙尘对氧气含量的影响；
4. 第(4)题联系减少沙尘的常见措施作答；
5. 第(5)题回忆红磷燃烧的反应，判断反应类型，对比两套装置特点分析图2的优点；
6. 第(6)题根据资料中发热贴反应后产物的性质设计验证实验；
7. 第(7)题结合测定空气中氧气体积分数的实验原理，分析除氧剂的选择依据。
【解析】
(1) 根据AQI分级标准，0~50对应空气质量优；首要污染物是空气质量指数中数值最大的污染物，该日AQI为48，对应优级，首要污染物为PM₁₀；
(2) 集气瓶有效容积为500 mL，量筒内水面下降90 mL，说明消耗氧气的体积为90 mL，氧气体积分数为$\dfrac{90\ \mathrm{mL}}{500\ \mathrm{mL}}×100\%=18\%$；
(3) 沙尘天气时，空气中可吸入颗粒物增多，沙尘颗粒会吸附或影响氧气分布，导致氧气含量减少；
(4) 减少沙尘天气可采取植树造林（或退耕还林还草等合理措施）；
(5) 图1中红磷燃烧生成五氧化二磷，文字表达式为：红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷；该反应由两种物质生成一种物质，属于化合反应；图2为密闭装置，避免了图1中点燃红磷时空气受热逸出，优点是测量结果准确、操作简便；
(6) 根据资料，发热贴反应后生成的铁锈为红色固体且不能被磁铁吸引，因此可观察发热贴颜色（若为红色则已反应），或用磁铁吸引（若不能被吸引则已反应）；
(7) 测定空气中氧气体积分数时，除氧剂需满足：一定条件下能与空气中氧气反应，且生成物不能为气体，这样才能通过压强差准确测定氧气体积。
【答案】
(1) 优；PM₁₀
(2) 18%
(3) 沙尘天气时，空气中的可吸入颗粒会增多，所以使得氧气的含量减少
(4) 植树造林（合理即可）
(5) 红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷；化合；测量结果准确，操作简便
(6) 观察发热贴颜色，若为红色固体说明已反应（或用磁铁吸引，若不能被吸引则证明已反应）
(7) 一定条件下能与空气中氧气反应，同时生成物不能是气体
【知识点】
空气质量评价；空气中氧气体积分数测定；化合反应
【点评】
本题为项目式探究题，结合生活实际考查化学基础知识，注重知识的应用与迁移，难度适中，能较好地考查学生对相关知识点的掌握情况。
【难度系数】
0.5
1. 第(1)题需依据空气质量指数(AQI)的分级标准判断空气质量级别，首要污染物是AQI中数值最大的污染物，据此分析；
2. 第(2)题利用“消耗氧气的体积等于进入集气瓶内水的体积”，结合集气瓶有效容积计算氧气体积分数；
3. 第(3)题结合沙尘天气特点，分析沙尘对氧气含量的影响；
4. 第(4)题联系减少沙尘的常见措施作答；
5. 第(5)题回忆红磷燃烧的反应，判断反应类型，对比两套装置特点分析图2的优点；
6. 第(6)题根据资料中发热贴反应后产物的性质设计验证实验；
7. 第(7)题结合测定空气中氧气体积分数的实验原理，分析除氧剂的选择依据。
【解析】
(1) 根据AQI分级标准，0~50对应空气质量优；首要污染物是空气质量指数中数值最大的污染物，该日AQI为48，对应优级，首要污染物为PM₁₀；
(2) 集气瓶有效容积为500 mL，量筒内水面下降90 mL，说明消耗氧气的体积为90 mL，氧气体积分数为$\dfrac{90\ \mathrm{mL}}{500\ \mathrm{mL}}×100\%=18\%$；
(3) 沙尘天气时，空气中可吸入颗粒物增多，沙尘颗粒会吸附或影响氧气分布，导致氧气含量减少；
(4) 减少沙尘天气可采取植树造林（或退耕还林还草等合理措施）；
(5) 图1中红磷燃烧生成五氧化二磷，文字表达式为：红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷；该反应由两种物质生成一种物质，属于化合反应；图2为密闭装置，避免了图1中点燃红磷时空气受热逸出，优点是测量结果准确、操作简便；
(6) 根据资料，发热贴反应后生成的铁锈为红色固体且不能被磁铁吸引，因此可观察发热贴颜色（若为红色则已反应），或用磁铁吸引（若不能被吸引则已反应）；
(7) 测定空气中氧气体积分数时，除氧剂需满足：一定条件下能与空气中氧气反应，且生成物不能为气体，这样才能通过压强差准确测定氧气体积。
【答案】
(1) 优；PM₁₀
(2) 18%
(3) 沙尘天气时，空气中的可吸入颗粒会增多，所以使得氧气的含量减少
(4) 植树造林（合理即可）
(5) 红磷+氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷；化合；测量结果准确，操作简便
(6) 观察发热贴颜色，若为红色固体说明已反应（或用磁铁吸引，若不能被吸引则证明已反应）
(7) 一定条件下能与空气中氧气反应，同时生成物不能是气体
【知识点】
空气质量评价；空气中氧气体积分数测定；化合反应
【点评】
本题为项目式探究题，结合生活实际考查化学基础知识，注重知识的应用与迁移，难度适中，能较好地考查学生对相关知识点的掌握情况。
【难度系数】
0.5
