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14 新素养 科学思维 [2025 福州台江期中]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。小明建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型，如图甲所示。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，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物)
【原理分析】
(1) 利用某种化学物质将氧气反应掉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”)。
【操作与观察】
(2) 按图乙装置测定空气中氧气含量，弹簧夹最佳打开时间是(填“反应刚结束”或“冷却到室温”)时，打开弹簧夹，水能倒吸入集气瓶的原因是。
【实验反思】
(3) 图丙装置和图乙装置对比，其优点是(写一条)。运用上述思维模型，小明又设计了图丁的实验装置(已知：铜在加热条件下能与氧气反应生成氧化铜)，试猜想铜粉可代替红磷的主要原因是
(写两条)。
【原理分析】
(1) 利用某种化学物质将氧气反应掉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”)。
【操作与观察】
(2) 按图乙装置测定空气中氧气含量，弹簧夹最佳打开时间是(填“反应刚结束”或“冷却到室温”)时，打开弹簧夹，水能倒吸入集气瓶的原因是。
【实验反思】
(3) 图丙装置和图乙装置对比，其优点是(写一条)。运用上述思维模型，小明又设计了图丁的实验装置(已知：铜在加热条件下能与氧气反应生成氧化铜)，试猜想铜粉可代替红磷的主要原因是
(写两条)。
答案
反应转化
冷却到室温
红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)
铜粉只与
氧气反应，生成物是固体
冷却到室温
红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)
铜粉只与
氧气反应，生成物是固体
解析
【分析】
本题围绕“测定空气中氧气含量”的实验展开，需结合思维模型、实验操作要点、装置优缺点及药品选择的逻辑解题：1. 第一问需区分“分离转移”（物理分离）和“反应转化”（化学反应耗氧）；2. 第二问要明确打开弹簧夹的时间需保证装置冷却，水倒吸源于瓶内压强差；3. 第三问需对比装置密闭性分析优点，结合铜的性质分析替代红磷的原因。
【解析】
(1) 利用化学物质反应消耗氧气，是通过化学反应转化掉氧气组分，对应思维模型中的“反应转化”；
(2) 弹簧夹需冷却到室温时打开：反应刚结束时集气瓶温度较高，气体受热膨胀，瓶内压强未稳定，此时打开弹簧夹会导致水倒吸量偏小，结果不准确；水倒吸的原因是红磷燃烧消耗集气瓶内氧气，生成固体五氧化二磷，使瓶内气体减少，压强小于外界大气压，在大气压作用下水被压入集气瓶；
(3) 图丙装置为密闭装置，避免了图乙中点燃红磷伸入时部分空气逸出的问题，优点是装置始终密闭，测定结果更准确；铜粉可代替红磷的原因：①铜粉只与空气中的氧气反应，不与氮气等其他气体反应，能准确消耗氧气；②生成物氧化铜为固体，不会产生气体，使瓶内压强变化明显，保证结果准确。
【答案】
反应转化
冷却到室温
红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)
铜粉只与氧气反应，生成物是固体
【知识点】
测定空气中氧气含量、化学实验装置评价、物质的化学性质
【点评】
本题聚焦测定空气中氧气含量的核心实验，考查实验原理、操作细节、装置优化及药品选择，需学生理解实验的压强变化逻辑，属于实验探究类典型基础题，注重科学思维的应用。
【难度系数】
0.6
本题围绕“测定空气中氧气含量”的实验展开，需结合思维模型、实验操作要点、装置优缺点及药品选择的逻辑解题：1. 第一问需区分“分离转移”（物理分离）和“反应转化”（化学反应耗氧）；2. 第二问要明确打开弹簧夹的时间需保证装置冷却，水倒吸源于瓶内压强差；3. 第三问需对比装置密闭性分析优点，结合铜的性质分析替代红磷的原因。
【解析】
(1) 利用化学物质反应消耗氧气，是通过化学反应转化掉氧气组分，对应思维模型中的“反应转化”；
(2) 弹簧夹需冷却到室温时打开：反应刚结束时集气瓶温度较高，气体受热膨胀，瓶内压强未稳定，此时打开弹簧夹会导致水倒吸量偏小，结果不准确；水倒吸的原因是红磷燃烧消耗集气瓶内氧气，生成固体五氧化二磷，使瓶内气体减少，压强小于外界大气压，在大气压作用下水被压入集气瓶；
(3) 图丙装置为密闭装置，避免了图乙中点燃红磷伸入时部分空气逸出的问题，优点是装置始终密闭，测定结果更准确；铜粉可代替红磷的原因：①铜粉只与空气中的氧气反应，不与氮气等其他气体反应，能准确消耗氧气；②生成物氧化铜为固体，不会产生气体，使瓶内压强变化明显，保证结果准确。
【答案】
反应转化
冷却到室温
红磷燃烧消耗了氧气，集气瓶内气体减少，压强变小
装置始终密闭，测定结果更准确(合理答案均可)
铜粉只与氧气反应，生成物是固体
【知识点】
测定空气中氧气含量、化学实验装置评价、物质的化学性质
【点评】
本题聚焦测定空气中氧气含量的核心实验，考查实验原理、操作细节、装置优化及药品选择，需学生理解实验的压强变化逻辑，属于实验探究类典型基础题，注重科学思维的应用。
【难度系数】
0.6
15 新趋势 教材P50复习与提高T6改编 学习了过氧化氢制氧气使用二氧化锰作催化剂，某化学兴趣小组的同学在寻找新的催化剂的活动中，对硫酸铜能否作过氧化氢分解的催化剂进行了下列探究。
【查阅资料】硫酸铜溶于水，溶液呈蓝色。
【实验探究】
（1）甲同学按如下方案进行实验。
【评价改进】
（2）大家认为甲同学的实验结论不严谨。若要确定该实验结论正确，则还需证明硫酸铜的
【继续探究】
（3）小组同学用下列方法继续探究上述实验：将甲同学实验后试管中的溶液蒸发、干燥得到白色固体，再称其质量为$m\ \mathrm{g}$，然后将固体加入5%的
【拓展延伸】同学们对上述实验进行了下列反思：
（4）比较硫酸铜和二氧化锰对过氧化氢制取氧气的催化效果，实验过程中需要控制的条件是
A. 溶液的起始温度
B. 催化剂的质量
C. 溶液的浓度
D. 反应的起始时间
【查阅资料】硫酸铜溶于水，溶液呈蓝色。
【实验探究】
（1）甲同学按如下方案进行实验。
【评价改进】
（2）大家认为甲同学的实验结论不严谨。若要确定该实验结论正确，则还需证明硫酸铜的
质量和化学性质
在反应前后都没有发生改变。【继续探究】
（3）小组同学用下列方法继续探究上述实验：将甲同学实验后试管中的溶液蒸发、干燥得到白色固体，再称其质量为$m\ \mathrm{g}$，然后将固体加入5%的
过氧化氢
溶液中，带火星的木条再次复燃，说明硫酸铜仍然可以加快过氧化氢分解。【拓展延伸】同学们对上述实验进行了下列反思：
（4）比较硫酸铜和二氧化锰对过氧化氢制取氧气的催化效果，实验过程中需要控制的条件是
ABC
（填字母）。A. 溶液的起始温度
B. 催化剂的质量
C. 溶液的浓度
D. 反应的起始时间
答案
复燃
过氧化氢$\xrightarrow{硫酸铜}$水+氧气
质量和化学性质
过氧化氢
ABC
解析
【分析】
要判断硫酸铜能否作为过氧化氢分解的催化剂，需依据催化剂“改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变”的核心特征分析实验。步骤①中过氧化氢分解缓慢，木条不复燃；步骤②加入硫酸铜后产生气泡，说明反应速率加快；步骤③需验证是否产生氧气，从而判断催化作用。同时，确定催化剂还需验证硫酸铜反应前后的质量和化学性质不变，对比催化效果时需控制其他变量一致。
【解析】
1. 步骤③：硫酸铜催化过氧化氢分解生成氧气，氧气能使带火星的木条复燃，因此实验现象为带火星的木条复燃。
2. 过氧化氢在硫酸铜催化作用下分解生成水和氧气，反应的文字表达式为：$\ce{过氧化氢\xrightarrow{硫酸铜}水 + 氧气}$。
3. 催化剂的核心特征是“一变两不变”，即改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变，因此要确定硫酸铜是催化剂，还需证明其质量和化学性质在反应前后不变。
4. 验证硫酸铜的化学性质不变：将反应后回收的硫酸铜再次加入过氧化氢溶液中，若仍能加快过氧化氢分解，说明其化学性质未改变，故此处应填过氧化氢溶液。
5. 对比硫酸铜和二氧化锰的催化效果时，需控制除催化剂种类外的其他条件相同，如溶液起始温度、催化剂的质量、溶液的浓度，反应起始时间无需控制，因此选ABC。
【答案】
复燃；过氧化氢$\xrightarrow{硫酸铜}$水+氧气；质量和化学性质；过氧化氢；ABC
【知识点】
催化剂的概念；过氧化氢分解反应；控制变量法
【点评】
本题是催化剂探究的典型题目，重点考查对催化剂“一变两不变”特征的理解，以及控制变量法在实验中的应用，需学生明确判断催化剂的完整依据，避免遗漏质量和化学性质的验证。
【难度系数】
0.4
要判断硫酸铜能否作为过氧化氢分解的催化剂，需依据催化剂“改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变”的核心特征分析实验。步骤①中过氧化氢分解缓慢，木条不复燃；步骤②加入硫酸铜后产生气泡，说明反应速率加快；步骤③需验证是否产生氧气，从而判断催化作用。同时，确定催化剂还需验证硫酸铜反应前后的质量和化学性质不变，对比催化效果时需控制其他变量一致。
【解析】
1. 步骤③：硫酸铜催化过氧化氢分解生成氧气，氧气能使带火星的木条复燃，因此实验现象为带火星的木条复燃。
2. 过氧化氢在硫酸铜催化作用下分解生成水和氧气，反应的文字表达式为：$\ce{过氧化氢\xrightarrow{硫酸铜}水 + 氧气}$。
3. 催化剂的核心特征是“一变两不变”，即改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变，因此要确定硫酸铜是催化剂，还需证明其质量和化学性质在反应前后不变。
4. 验证硫酸铜的化学性质不变：将反应后回收的硫酸铜再次加入过氧化氢溶液中，若仍能加快过氧化氢分解，说明其化学性质未改变，故此处应填过氧化氢溶液。
5. 对比硫酸铜和二氧化锰的催化效果时，需控制除催化剂种类外的其他条件相同，如溶液起始温度、催化剂的质量、溶液的浓度，反应起始时间无需控制，因此选ABC。
【答案】
复燃；过氧化氢$\xrightarrow{硫酸铜}$水+氧气；质量和化学性质；过氧化氢；ABC
【知识点】
催化剂的概念；过氧化氢分解反应；控制变量法
【点评】
本题是催化剂探究的典型题目，重点考查对催化剂“一变两不变”特征的理解，以及控制变量法在实验中的应用，需学生明确判断催化剂的完整依据，避免遗漏质量和化学性质的验证。
【难度系数】
0.4
