聚焦主題式學(xué)習(xí)試題

王鑫

2024年遼寧省初中學(xué)業(yè)水平考試化學(xué)樣卷第13題是主題式學(xué)習(xí)試題，該試題圍繞四種情境下制取氧氣的方法，體現(xiàn)了“無情境不命題”的中考命題基本原則。試題大幅壓縮了以往需要機械記憶的內(nèi)容，體現(xiàn)了“一道題就是一節(jié)課”的理念，旨在鍛煉同學(xué)們的探究能力。

原題再現(xiàn)

氧氣是我們賴以生存的物質(zhì)，人類對氧氣制取的探究從未止步。

【拉瓦錫制取氧氣】

（1）1774年，拉瓦錫在隔絕空氣的裝置中加熱紅色的水銀灰（HgO），已知HgO中Hg的化合價為+2，O的化合價為______。他得到了一種能夠支持燃燒和供給呼吸的氣體，這種氣體是______。

【實驗室制取氧氣】

（2）實驗室常用加熱高錳酸鉀（KMnO4）的方法制取O2，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為??____________。圖1中，可選擇的氣體發(fā)生裝置是______。

（3）使用圖1中C裝置收集O2，當(dāng)觀察到導(dǎo)管口有______冒出時，開始收集。

（4）用圖1中D裝置收集一瓶O2的過程中，某同學(xué)使用O2濃度傳感器測定其濃度變化，實驗曲線如圖2所示。該曲線能幫助同學(xué)們確定把導(dǎo)管從集氣瓶中拿出的時機，理由是________________________。

【特定條件下制取氧氣】

（5）過碳酸鈉（2Na2CO3·3H2O2）與MnO2的混合粉末是一種戶外急救供氧劑，加入適量水即可快速產(chǎn)生大量O2。其中MnO2作催化劑，它改變了反應(yīng)的______。

（6）某種家用制氧機的制氧原理：運用分子篩將電機抽入的空氣中的N2進(jìn)行吸附，從而得到高純度O2。這種制氧機很難用在戶外急救供氧，其可能的原因之一是__________________。

【太空上制取氧氣】

（7）人類對太空的探索同樣需要O2，科學(xué)家已經(jīng)可以利用火星大氣中的CO2制取O2，其工作原理為2CO2 [? 通電? ] 2CO + O2。假設(shè)1名宇航員平均每小時消耗30 gO2，則每小時參加反應(yīng)的CO2的質(zhì)量至少為______g。

【歸納總結(jié)】

（8）HgO、KMnO4、2Na2CO3·3H2O2、空氣、CO2都能制取O2，是因為它們都含有______元素。

破解策略

本題是以制取氧氣為主線的主題式學(xué)習(xí)試題。

（1）根據(jù)“在化合物中，各元素化合價的代數(shù)和為零”的原則，確認(rèn)氧元素的化合價為-2。根據(jù)題干給出的氣體性質(zhì)，推測氧化汞分解產(chǎn)生氧氣。

（2）根據(jù)信息書寫高錳酸鉀制取氧氣的化學(xué)方程式。分析藥品狀態(tài)和反應(yīng)條件最終確定裝置A作為氣體的發(fā)生裝置。

（3）用排水法收集氧氣，導(dǎo)管口開始排出的氣體是裝置內(nèi)的空氣。當(dāng)氣泡連續(xù)均勻冒出時，再開始收集，目的是排盡試管內(nèi)原有的空氣，以防收集的氧氣不純。

（4）數(shù)據(jù)傳感器的特點在于實時監(jiān)測氧氣濃度的變化情況，可利用這一特點收集不同濃度的氧氣。

（5）催化劑的特點是在化學(xué)反應(yīng)里能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有發(fā)生變化。

（6）該家用制氧機雖然可以制氧氣，但反應(yīng)需要在電機通電的條件下才能完成，而戶外急救很難實現(xiàn)通電，故這種制氧機并不適用于戶外。

（7）根據(jù)化學(xué)方程式可知二氧化碳和氧氣的質(zhì)量變化關(guān)系，每88份質(zhì)量的二氧化碳在通電的條件下可產(chǎn)生32份質(zhì)量的氧氣，因此想要得到30 g氧氣，需要消耗82.5 g二氧化碳。

（8）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，化學(xué)反應(yīng)前后元素的種類不變，因此產(chǎn)生氧氣的反應(yīng)，反應(yīng)物中必然包含氧元素。

答案：（1）-2 氧氣（或O2） （2）[2KMnO4? ? △? ? K2MnO4+MnO2+O2↑] A （3）連續(xù)均勻氣泡 （4）該曲線可以幫助我們根據(jù)所需氧氣的濃度，確定什么時間把導(dǎo)管從集氣瓶中拿出（其他合理答案均可） （5）速率 （6）戶外電源較少（或攜帶不方便等其他合理答案均可） （7）82.5 （8）氧（或O）

變式探究

空氣是人類的寶貴資源，某?；瘜W(xué)興趣小組以“探究空氣的奧秘”為主題開展項目式學(xué)習(xí)。

【任務(wù)一】認(rèn)識空氣的組成

（1）在二百多年前，拉瓦錫用汞定量研究了空氣的成分，該實驗中選擇汞的優(yōu)點有______。

A.生成物氧化汞是固體

B.不和空氣中的其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)

C.生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣

D.能將密閉裝置內(nèi)空氣中的氧氣幾乎耗盡

（2）現(xiàn)在利用如圖3裝置結(jié)合傳感器測定空氣中氧氣含量。實驗過程中容器內(nèi)氣體溫度和壓強的變化趨勢如圖4所示，請回答下列問題。

請解釋剛開始反應(yīng)時，裝置內(nèi)壓強升高的原因：紅磷燃燒放熱，______。a時刻開始壓強突然增大，實驗操作是__________________。

【任務(wù)二】保護(hù)空氣

（3）PM2.5是一種常見的空氣污染物，如圖5是某地PM2.5來源分布圖，下列措施有利于降低PM2.5的是______。

A.禁止焚燒農(nóng)作物秸稈和垃圾

B.大力植樹造林

C.大力發(fā)展煤炭發(fā)電

D.用清潔能源代替化石燃料

【任務(wù)三】探究空氣中氧氣的性質(zhì)

（4）興趣小組同學(xué)按照如圖6所示進(jìn)行“鐵絲在氧氣中燃燒”實驗，為方便實驗，氧氣的收集方法應(yīng)采用______收集。

（5）為探究鐵絲燃燒所需的氧氣體積分?jǐn)?shù)，某化學(xué)興趣小組使用直徑為0.38 mm的細(xì)鐵絲，分別在不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣中點燃，現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄如下表：

【結(jié)論】就0.38 mm的細(xì)鐵絲而言，能使其燃燒的氧氣最小體積分?jǐn)?shù)x的取值范圍是____________。

（6）上述實驗中需要收集不同體積分?jǐn)?shù)的氧氣，若某同學(xué)預(yù)先向容積為400 mL的集氣瓶中加入300 mL的水，蓋緊玻璃片，倒放在水槽中，再向集氣瓶中通入純氧，收滿后立即取出，則該同學(xué)收集到的氧氣體積分?jǐn)?shù)約為______%。（計算保留整數(shù)）

（7）興趣小組的同學(xué)猜想鐵絲燃燒時火星四射的現(xiàn)象可能與鐵絲的含碳量多少有關(guān)，他們選擇直徑為0.20 mm，含碳量分別為0.1%、0.32%、0.52%的鐵絲設(shè)計實驗并證明猜想，請寫出實驗方案__________________ （其他有關(guān)用品可自行選用）。

答案：（1）ABCD （2）氣體受熱膨脹，壓強增大 打開彈簧夾 （3）ABD （4）排水法 （5）55% < x ≤ 60% （6）80 （7）取直徑均為0.2 mm的純鐵絲和含碳量分別為0.1%、0.32%、0.52%的鐵絲，分別在純氧中點燃進(jìn)行燃燒實驗并記錄現(xiàn)象，分析得出結(jié)論

（作者單位：沈陽市第七中學(xué)）