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3. C (2025·济宁校级模拟)科技社团的同学们在开展“基于特定需求设计和制作简易供氧器”的跨学科实践活动中设计和制作了简易供氧器(如图1)。为了解决鱼塘中氧气不足的问题,养鱼师傅向鱼塘中撒一种微黄色的固体,咨询得知,这种固体的主要成分是过氧化钙$\ce{(CaO_{2})}$,同学们查阅资料发现过氧化钙、过氧化钠均能与水反应放出氧气[已知:$\ce{2CaO_{2} + 2H_{2}O = 2Ca(OH)_{2} + O_{2} \uparrow}$]。12g $\ce{Na_{2}O_{2}}$固体样品和12g $\ce{CaO_{2}}$固体样品与水作用生成氧气(假设样品中其他成分与水不反应)的质量与时间的关系如图2所示。请根据上述信息回答下列问题:
(1)图1加湿仓中水的作用是。
(2)若给鱼池持续增氧,应选的试剂为。
(3)请计算该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数。(写出计算过程,结果保留至0.01%)
(1)图1加湿仓中水的作用是。
(2)若给鱼池持续增氧,应选的试剂为。
(3)请计算该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数。(写出计算过程,结果保留至0.01%)
答案
解：
(1) 湿润氧气，同时可通过观察气泡产生速率判断氧气的输出速率
(2) 过氧化钙(或$\ce{CaO_{2}}$)
(3) 设12g该样品中含$\ce{CaO_{2}}$的质量为$x$。
$\ce{2CaO_{2} + 2H_{2}O = 2Ca(OH)_{2} + O_{2} \uparrow}$
$\begin{array}{rll}144&&32\\x&&2.22\ \mathrm{g}\end{array}$
$\dfrac{144}{32}=\dfrac{x}{2.22\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\dfrac{144×2.22\ \mathrm{g}}{32}=9.99\ \mathrm{g}$
该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为：$\dfrac{9.99\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{g}}×100\%=83.25\%$
答：该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%。
(1) 湿润氧气，同时可通过观察气泡产生速率判断氧气的输出速率
(2) 过氧化钙(或$\ce{CaO_{2}}$)
(3) 设12g该样品中含$\ce{CaO_{2}}$的质量为$x$。
$\ce{2CaO_{2} + 2H_{2}O = 2Ca(OH)_{2} + O_{2} \uparrow}$
$\begin{array}{rll}144&&32\\x&&2.22\ \mathrm{g}\end{array}$
$\dfrac{144}{32}=\dfrac{x}{2.22\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\dfrac{144×2.22\ \mathrm{g}}{32}=9.99\ \mathrm{g}$
该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为：$\dfrac{9.99\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{g}}×100\%=83.25\%$
答：该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%。
解析
【分析】
这道题需要结合装置图和反应图像逐步梳理思路：
1. 第一问观察加湿仓的结构，氧气从反应仓生成后会通入加湿仓的水中，首先可以给氧气补充水分实现湿润，同时通过水中气泡的产生快慢，就能直观判断氧气流出的速度，方便调控供氧速率。
2. 第二问要满足鱼池持续增氧的需求，对比图2中两种物质的产氧曲线：过氧化钠反应速率极快，短时间就完全停止产氧，而过氧化钙反应平缓，能长时间持续释放氧气，因此选择过氧化钙更符合需求。
3. 第三问是化学方程式的纯度计算，首先从图像中找到12g CaO₂样品完全反应生成的氧气质量为2.22g，代入给出的反应方程式，利用物质的质量比例关系算出样品中CaO₂的纯质量，再除以样品总质量12g即可得到其质量分数。
【解析】
(1) 加湿仓中的水一方面可以对从反应仓导出的氧气进行湿润，另一方面可以通过观察水中气泡的冒出速率，直观判断氧气的输出速率，便于调节供氧速度。
(2) 由图2可知，$\ce{Na_{2}O_{2}}$与水反应速率过快，0.5小时就完全停止生成氧气，无法长时间持续供氧；而$\ce{CaO_{2}}$与水反应平缓，可在11小时内持续释放氧气，完全满足鱼池持续增氧的需求，因此应选过氧化钙。
(3) 计算过程如下：
设12g该样品中含$\ce{CaO_{2}}$的质量为$x$
$\ce{2CaO_{2} + 2H_{2}O = 2Ca(OH)_{2} + O_{2} \uparrow}$
$\begin{array}{rll}144&&32\\x&&2.22\ \mathrm{g}\end{array}$
列比例式：$\dfrac{144}{32}=\dfrac{x}{2.22\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\dfrac{144×2.22\ \mathrm{g}}{32}=9.99\ \mathrm{g}$
该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为：$\dfrac{9.99\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{g}}×100\%=83.25\%$
答：该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%。
【答案】
(1) 湿润氧气，同时可通过观察气泡产生速率判断氧气的输出速率
(2) 过氧化钙(或$\ce{CaO_{2}}$)
(3) 该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%
【知识点】
氧气性质应用；化学方程式计算；图像数据分析
【点评】
本题结合简易供氧器的实际应用场景命题，将装置作用分析、试剂选择、化学纯度计算结合在一起，梯度设置合理，既考察了基础实验常识，也锻炼了学生从图像中提取有效信息、结合化学知识解决实际生产问题的能力，计算时注意准确计算相对分子质量，避免数值计算错误。
【难度系数】
0.65
这道题需要结合装置图和反应图像逐步梳理思路：
1. 第一问观察加湿仓的结构，氧气从反应仓生成后会通入加湿仓的水中，首先可以给氧气补充水分实现湿润，同时通过水中气泡的产生快慢，就能直观判断氧气流出的速度，方便调控供氧速率。
2. 第二问要满足鱼池持续增氧的需求，对比图2中两种物质的产氧曲线：过氧化钠反应速率极快，短时间就完全停止产氧，而过氧化钙反应平缓，能长时间持续释放氧气，因此选择过氧化钙更符合需求。
3. 第三问是化学方程式的纯度计算，首先从图像中找到12g CaO₂样品完全反应生成的氧气质量为2.22g，代入给出的反应方程式，利用物质的质量比例关系算出样品中CaO₂的纯质量，再除以样品总质量12g即可得到其质量分数。
【解析】
(1) 加湿仓中的水一方面可以对从反应仓导出的氧气进行湿润，另一方面可以通过观察水中气泡的冒出速率，直观判断氧气的输出速率，便于调节供氧速度。
(2) 由图2可知，$\ce{Na_{2}O_{2}}$与水反应速率过快，0.5小时就完全停止生成氧气，无法长时间持续供氧；而$\ce{CaO_{2}}$与水反应平缓，可在11小时内持续释放氧气，完全满足鱼池持续增氧的需求，因此应选过氧化钙。
(3) 计算过程如下：
设12g该样品中含$\ce{CaO_{2}}$的质量为$x$
$\ce{2CaO_{2} + 2H_{2}O = 2Ca(OH)_{2} + O_{2} \uparrow}$
$\begin{array}{rll}144&&32\\x&&2.22\ \mathrm{g}\end{array}$
列比例式：$\dfrac{144}{32}=\dfrac{x}{2.22\ \mathrm{g}}$
解得：$x=\dfrac{144×2.22\ \mathrm{g}}{32}=9.99\ \mathrm{g}$
该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为：$\dfrac{9.99\ \mathrm{g}}{12\ \mathrm{g}}×100\%=83.25\%$
答：该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%。
【答案】
(1) 湿润氧气，同时可通过观察气泡产生速率判断氧气的输出速率
(2) 过氧化钙(或$\ce{CaO_{2}}$)
(3) 该样品中$\ce{CaO_{2}}$的质量分数为83.25%
【知识点】
氧气性质应用；化学方程式计算；图像数据分析
【点评】
本题结合简易供氧器的实际应用场景命题，将装置作用分析、试剂选择、化学纯度计算结合在一起，梯度设置合理，既考察了基础实验常识，也锻炼了学生从图像中提取有效信息、结合化学知识解决实际生产问题的能力，计算时注意准确计算相对分子质量，避免数值计算错误。
【难度系数】
0.65
