1、第二单元第二单元奥赛思维空间奥赛思维空间【例1】(第三十二届吉安初赛)某兴趣小组用两支规格相同的注射器与一支具支试管对“测定空气中氧气的含量”的实验装置进行了改进(如图)，具体实验步骤如下：步骤一：装配仪器(但不加入药品)，使注射器中不留空气，注射器中留有一定体积空气，检查装置气密性。步骤二：在具支试管中加入足量的试剂X，塞上橡胶塞，记录注射器中气体体积(记为V1)。步骤三：用酒精灯加热，使试剂X与氧气充分反应。步骤四：停止加热，冷却至室温，将注射器中的气体全部挤入具支试管，待注射器的活塞稳定后，读取并记录气体体积(记为V2)。步骤五：实验结束后，清洗仪器，将具支试管装满水并塞上塞子，使注射器
2、和中均无气体或液体残留，将试管中的水倒入量筒，测定体积(记为V3)(1)步骤一中检查装置气密性的方法_。(2)步骤二中加入的试剂X可能是_(填序号)。铁粉 硫粉 碳粉 铜粉(3)步骤三中，为使试剂X与氧气反应充分，可以采取的操作是_。(4)根据测得数据可以计算空气中氧气的体积分数为_(用V1、V2、V3表示)。(5)若空气中氧气体积分数为a，该实验要取得成功，对V1应满足的要求是_(用含有a、V2、V3的代数式表示)。分析：此题是关于对空气中氧气含量的实验考查，一般从实验现象、实验原理、实验改进、药品的选择、实验结果的分析等方面考查。测定原理是利用某些物质(能在空气中燃烧且只与氧气反应)与空气
3、中氧气反应(不生成气体，生成固体)，使容器内压强减小，让水进入容器，测定进入容器内水的体积，即为空气中氧气的体积(或测定密闭体系中减少的气体体积)。实验失败的主要原因：装置漏气、反应物的量不足、空气中氧气没消耗完或没有冷却至室温就进行测量等。(1)步骤一中检查装置气密性的方法是向里推动注射器的活塞，若注射器的活塞向外移动，则证明该套装置的气密性是良好的；(2)测定空气中氧气的含量时，选择的药品能与空气中的氧气反应，且生成物不能是气体；木炭、硫与氧气反应生成的是气体，装置内的压强不变，无法测定，而铁粉不能在空气中燃烧，无法测定，铜粉与空气中的氧气反应生成氧化铜固体，可用于测定空气中氧气的含量，故
4、选；、(3)步骤三中，为使试剂X与氧气反应充分，需要交替推动两注射器的活塞；(4)装置内的空气总体积为V1V3；注射器中气体减少的体积即为氧气的体积，为V1V2。则空气中氧气的体积分(5)空气中氧气的体积分数a解答：(1)向里推动注射器的活塞，若注射器的活塞向外移动，则证明该套装置的气密性是良好的(2)(3)交替推动两注射器的活塞【例2】(第三十二届全国复赛改编)某同学对催化剂产生了兴趣，通过查资料了解到氧化铜、氧化铁等都能加速氯酸钾的分解。为了证明氧化铜能加快氯酸钾的分解，他们设计了如下图装置，并进行气体的制备和测量实验。实验时均以生成40 mL气体为标准，相关记录见下表：试回答下列问题。(
5、1)检验该装置气密性的方法是_。(2)上述实验中的“待测数据”指_。(3)为了较准确地测量气体体积，在读取反应前后量气管中液面读数的过程中，应注意_(填字母)。a.视线与凹液面最低处相平b.读数前不能移动量气管和水准管c.保持水准管静止，待水准管中液面不再上升时，立刻读数d.读数前应上下移动水准管，待两管液面相平再读数(4)如果要进一步探究CuO在反应中是否起到催化作用，请完成后续实验。(提示：可以利用催化剂的概念完成实验)分析：此题是探究氧化铜能否作氯酸钾分解的催化剂。要探究一种物质是否作为化学反应的催化剂，一般要从三个方面着手进行：一是设计对比实验即加入该物质前后是否改变化学反应速率；二是
6、通过称量反应前后该物质的质量是否相等来确定其质量在反应前后是否改变；三是将反应后分离出的该物质重新加入另一份反应物中看是否还能改变反应速率。只有通过实验得出某物质同时具备三个特点(能改变反应速率；它的质量在反应前后不变；它的化学性质在反应前后没有改变)，才能证明该物质是该反应的催化剂。在设计对比实验时，必须使用控制变量法。每次对比实验只能研究一个变量，其他的变量应该控制在相同的状态。检查装置气密性一般以气压的改变看是否有气泡冒出或液柱的变化来判断。解答：(1)在B装置的量气管管口塞上带有玻璃管的橡胶塞，借助玻璃管中水柱的变化来检验装置气密性(2)收集40 mL气体所用的时间(3)ad【解题规律
7、】对催化剂的探究围绕催化剂的概念强调“一变”“两不变”，“一变”指改变反应速率，包括加快或减慢的情况，“两不变”指催化剂的质量和化学性质不变，质量的不变涉及反应前后均要称量质量，化学性质不变一般把分离出来的物质加入另一份的物质中看是否能继续改变反应速率。1.(第三十届上海初赛)上海市政府颁布的相关规定和措施中，与促进空气质量的提高无关的是()。A.外环内禁放烟花B.空气污染红色预警时，中小学幼儿园停课C.大力发展公共交通D.本市行驶的机动车、船不得排放明显可见的黑烟B2.(多选)(第三十一届“金钥匙”科技竞赛决赛)“雾”一直是备受关注的环境问题，目前省环保部门按新修订的环境空气质量标准，增加了
8、细颗粒物(PM2.5)和臭氧(O3)这两个监测指标。下列说法正确的是()。A.燃放鞭炮不会造成大气污染B.可吸入细颗粒物对人体健康有危害C.化学在环境监测和保护中起重要作用D.臭氧(O3)是一种特殊氧化物BC【解析】鞭炮爆炸会生成二氧化硫等气体，所以会污染大气，故A错误；吸入细颗粒物对人体健康有危害，尤其是对人的呼吸道的影响很大，故B正确；利用化学知识可以监测环境污染情况并解决环境污染问题，故C正确；臭氧是由一种元素组成的纯净物，属于单质，故D错误。3.为探究影响双氧水分解的因素，某课外活动小组的同学完成了下列实验。探究一：催化剂MnO2(二氧化锰)的用量对双氧水分解速率的影响。实验数据如下：
9、(1)该反应的文字表达式是_。(2)概括MnO2对H2O2(过氧化氢)的影响：_。探究二：H2O2溶液的溶质质量分数对反应速率的影响。实验数据如下：MnO2 对H2O2 的分解起催化作用，二氧化锰用量越多反应越快，但MnO2 达到一定量时，它的多少不再改变反应速率(3)概括双氧水溶液的溶质质量分数对反应速率的影响：_。(4)由表中数据还可看出，该反应是_(填“放热”或“吸热”)反应。(5)想一想：还可能有什么因素可以影响H2O2的分解速率？_(只要求答出一点即可)。双氧水溶质质量分数越大，其分解的速率越快放热 温度(答案合理即可)4.为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容
10、积为40 mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡胶塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60 mL且润滑性很好的针筒注射器组成如下图的实验装置。假设此实验能够按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题。(1)实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20 mL 刻度处推至15 mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20 mL刻度处，则说明：_。(2)若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为_。(3)若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为_。装置的气密性良好白磷燃烧
11、，产生白烟，活塞前沿约在12 mL 的刻度线上白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8 mL的刻度线上(4)若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如：_。橡胶塞弹出(或试管爆裂、注射器活塞弹出等)5.(第三十一届“金钥匙”科技竞赛决赛)某化学兴趣小组在老师指导下进行课外实验，利用图1装置来探究单质在空气中燃烧后氧气浓度的变化情况。【提出问题】足量红磷在密闭的四颈平底烧瓶内燃烧熄灭后，容器中是否有氧气剩余？【猜想假设】猜想：有氧气剩余；猜想：无氧气剩余。【实验验证】该小组同学按图组装好实验装置，利用高能激光笔照射燃烧匙上的红磷，红磷燃烧直至熄灭；待装置完全冷却后，将装有白磷的燃烧匙提出水面，再次用高能激光笔照射，白磷居然也被点燃。(1)红磷燃烧产物与瓶底热水反应生成磷酸的文字表达式为_。五氧化二磷水磷酸(2)根据上述实验现象，得出结论为猜想_(填“”或“”)是正确的。【拓展延伸】图2是该小组同学从开始实验到最后装置冷却后的整个实验过程中，用氧气传感器测量容器内氧气浓度变化的曲线图。(3)在图中BC段发生反应的文字表达式是_。(4)DE段氧气浓度变化的主要原因：_。白磷燃烧消耗氧气，导致氧气浓度减小
