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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:$\underline{2Hg+O_2\xlongequal{△}2HgO}$。
【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:①$\underline{④③②}$⑤。
(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?
【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:$\underline{2Hg+O_2\xlongequal{△}2HgO}$。
【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:①$\underline{④③②}$⑤。
(3)实验中红磷的用量有什么要求?
足量
$\underline{\hspace{8cm}}$。【对比实验】
(4)对比教材实验,拉瓦锡的实验有何优点?
实验结果更准确(合理即可)
$\underline{\hspace{8cm}}$$\underline{\hspace{2cm}}$(写出一点)。答案
$2Hg+O₂\stackrel{△}{=\!=\!=}2HgO$
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，需结合化学方程式书写、实验步骤逻辑、药品要求、实验评价等知识点解题。
(1) 汞与氧气在加热条件下反应生成氧化汞，根据反应物、生成物和反应条件书写化学方程式；
(2) 测定空气中氧气含量的实验，需先关闭止水夹防止气体逸出，再点燃红磷并塞紧瓶塞，待反应结束冷却后打开止水夹，据此排序；
(3) 红磷需足量才能完全消耗集气瓶内的氧气，保证实验结果准确；
(4) 对比拉瓦锡实验和教材实验，从反应充分性、结果准确性等角度分析优点。
【解析】
(1) 金属汞（Hg）和氧气（O₂）在加热（△）条件下反应生成氧化汞（HgO），化学方程式为：$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；
(2) 测定空气中氧气含量的实验步骤：先关闭止水夹（防止燃烧时瓶内气体受热逸出），即步骤④；再点燃红磷，立即塞紧瓶塞，即步骤③；待火焰熄灭、振荡集气瓶并冷却至室温后，打开止水夹，即步骤②；最后观察水位变化，即步骤⑤。故正确排序为①④③②⑤，空缺处填③②；
(3) 实验中红磷需足量，目的是将集气瓶内的氧气完全消耗，使实验结果更准确；
(4) 拉瓦锡的实验优点：汞与氧气反应时间长，反应更充分，能更彻底消耗氧气，实验结果更准确（或装置密闭性更好，误差更小等，合理即可）。
【答案】
$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；③②；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；实验方案评价
【点评】
本题结合化学史和教材实验，考查测定空气中氧气含量的核心知识点，需掌握实验步骤、药品要求、实验评价等，是巩固相关知识的典型题目。
【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，需结合化学方程式书写、实验步骤逻辑、药品要求、实验评价等知识点解题。
(1) 汞与氧气在加热条件下反应生成氧化汞，根据反应物、生成物和反应条件书写化学方程式；
(2) 测定空气中氧气含量的实验，需先关闭止水夹防止气体逸出，再点燃红磷并塞紧瓶塞，待反应结束冷却后打开止水夹，据此排序；
(3) 红磷需足量才能完全消耗集气瓶内的氧气，保证实验结果准确；
(4) 对比拉瓦锡实验和教材实验，从反应充分性、结果准确性等角度分析优点。
【解析】
(1) 金属汞（Hg）和氧气（O₂）在加热（△）条件下反应生成氧化汞（HgO），化学方程式为：$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；
(2) 测定空气中氧气含量的实验步骤：先关闭止水夹（防止燃烧时瓶内气体受热逸出），即步骤④；再点燃红磷，立即塞紧瓶塞，即步骤③；待火焰熄灭、振荡集气瓶并冷却至室温后，打开止水夹，即步骤②；最后观察水位变化，即步骤⑤。故正确排序为①④③②⑤，空缺处填③②；
(3) 实验中红磷需足量，目的是将集气瓶内的氧气完全消耗，使实验结果更准确；
(4) 拉瓦锡的实验优点：汞与氧气反应时间长，反应更充分，能更彻底消耗氧气，实验结果更准确（或装置密闭性更好，误差更小等，合理即可）。
【答案】
$\ce{2Hg + O_{2}\xlongequal{\Delta} 2HgO}$；③②；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；实验方案评价
【点评】
本题结合化学史和教材实验，考查测定空气中氧气含量的核心知识点，需掌握实验步骤、药品要求、实验评价等，是巩固相关知识的典型题目。
【难度系数】
0.5
