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专题02 氧气体积探究,气体制取与检测等
考点精讲一、空气中氧气体积分数的定量估测
装置图 注意点
试剂要求：足量红磷装置要求：气密性良好操作要求：待集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹实验现象：大量白烟，瓶内液面上升约1/5体积实验结论：空气是混合物；O2约占1/5，可助燃；N2约占4/5，不可燃也不可助燃，难溶于水
①液面上升小于1/5的原因：装置漏气，红磷量不足，未冷却完全；
②选择的药品应具备的条件：能在空气中燃烧；在空气中燃烧时只与氧气反应，不消耗空气中其他气体；燃烧后只产生固体或产生的气体可以被水或其他溶液吸收。
【知识拓展】
1．空气是一种混合物。空气中各种气体的含量是体积分数，不能误解为质量分数。
2．空气中氧气体积分数的估测实验中，不能用铁代替红磷的原因是铁不能在空气中燃烧；不能用碳、硫代替红磷的原因是产物是气体，不能产生压强差。
典例1：（2022·温州）小明认为教室内空气中氧气含量比室外低，于是想用红磷测定教室内空气中氧气的体积分数。老师告诉他，足量的红磷燃烧并不能耗尽空气中的氧气，建议用一氧化氮气体代替红磷进行实验。在老师的指导下，小明进行如图所示实验：用注射器获取V1毫升教室内的空气，通过导管缓缓地全部推入量筒，与量筒内足量的V2毫升一氧化氮气体混合，待充分反应后，读出量筒中剩余气体体积为V3毫升。
说明：①V1、V2、V3都是在与教室气温、气压相同的状态下测得。
②一氧化氮难溶于水，也不与水反应。
③同温同压下，在氢氧化钠溶液参与下，4体积一氧化氮与3体积氧气恰好完全反应，且产物能完全被溶液吸收。
（1）小明用气密性良好的注射器，获取V1毫升教室内空气的具体操作是　 　。
（2）实验测得教室内空气中氧气的体积分数为　 　。（用V1、V2、V3表示）
（3）小明提出，注射器内空气中的二氧化碳也会被氢氧化钠溶液吸收，从而影响实验结果。但老师指出，相比空气中的氧气含量，二氧化碳对实验结果的影响属于“次要因素”，不是“主要因素”，可忽略不计。还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要因素”，请再举一例并指明次要因素。　 　
【答案】（1）在教室内，将注射器活塞推到底，再拉动活塞至刻度为V1毫升处并密封
（2）
（3）在探究影响重力势能大小的因素实验中，空气阻力是次要因素（其它合理答案也给分）
【解析】（1）在使用注射器时，活塞所对的刻度值就是针筒内气体或液体的体积；
（2）根据消耗一氧化氮和氧气体积空气体积+一氧化氮体积-量筒内剩余气体体积，结合题干信息求出空气中氧气体积，再求氧气体积分数；
（3）在探究影响重力势能大小的因素实验中，空气阻力是次要因素。
【解答】（1）用气密性良好的注射器，获取V1毫升教室内空气的具体操作是：在教室外，将注射器活塞推到底，将注射器拿到教室，再拉动活塞至刻度为V1毫升处并密封。
（2）同温同压下，在氢氧化钠溶液参与下，4体积一氧化氮与3体积氧气恰好完全反应，且产物能完全被溶液吸收，故氧气体积为；
教室内空气中氧气的体积分数为：。
（3）还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要因素”，举例如下：探究影响重力势能大小的因素实验中，空气阻力是次要因素。
变式1：（2022·舟山模拟）化学兴趣小组利用如图所示的改进装置测定空气中氧气的含量。胶头滴管中的水接触生石灰一段时间后， 白磷开始燃烧， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是（　　）
A．白磷不足会使测定结果偏小
B．注射器活塞会先向左再向右最终停在 10mL 刻度处
C．白磷燃烧的过程中会产生大量白烟
D．胶头滴管中的水和注射器中的水作用是不相同的
【答案】B
【解析】根据用白磷燃烧测氧气体积含量，依据磷燃烧消耗氧气，装置内因氧气反应气体体积减小，水补充减少体积，补充水的体积即为氧气体积分析。
【解答】A、白磷不足则不能将装置内氧气完全耗尽，会使测定结果偏小 ，不符合题意；
B.因装置中有止水夹，磷燃烧时止水夹关闭， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹，注射器活塞会向左移动，最终停在10mL刻度处 ，符合题意；
C.白磷燃烧的过程中会产生大量白烟 ，不符合题意；
D.胶头滴管中的水是作反应物，与生石灰反应，注射器中的水是补充试管内减小体积，作用是不相同的 ，不符合题意；
变式2：（2022·杭州模拟）如图为我校师生设计的 “粗略测定空气中氧气含量”的实验改进装置。
【实验步骤】：
①把足量的白磷放入带刻度的小药瓶中，再把小药瓶放入热水中；（气密性良好）
②待白磷自燃冒出白烟后冷却至室温；
③把输液管的A端伸入装有硫酸铜溶液的烧杯中，打开阀门；
【实验现象】：进入小药瓶的硫酸铜溶液约占小药瓶体积的1/5。
【交流评价】：
（1）硫酸铜溶液会进入小药瓶的原因是　 　；
（2）与教材中实验相比，列举本实验改进后的优点。
【答案】（1）白磷燃烧产生大量的白烟，消耗瓶内的氧气，瓶内气压减小，冷却后打开阀门，可以看到硫酸铜溶液在大气压作用下进入小药瓶中，进入的溶液的体积约为小药瓶体积的五分之一。
（2）优点：①把白磷换成红磷，白磷的着火点低于红磷，在热水中就能自燃。②整个装置微型节能经济，操作方便。③用硫酸铜溶液代替水现象更明显。④防止燃烧匙伸入集气瓶中时导致的部分气体受热膨胀逸出，使实验结果更准确⑤同时防止反应生成的五氧化二磷扩散到空气中污染环境。
【解析】（1）根据磷燃烧消耗氧气，瓶内压强减小分析；
（2）根据该实验所需温度低，节能、操作方便、现象明显、始终密闭环境结果准确分析。
变式3：（2022·温州模拟）《科学》课本上用图1的装置来测定空气中氧气的体积分数。小温尝试用其他装置进行测定，实验装置如图2所示。步骤大致如下：
①组装器材并检查装置的气密性。.
②取一只两端开口的标有刻度的玻璃管，在其刻度起始处标记为0
③往大试管中加铁屑，往长颈漏斗中加入稀硫酸
④将水槽中的玻璃导管露出水面，点燃气体，再把玻璃管快速罩在火焰上面，使0刻度线对准水面，迅速塞紧橡皮塞使顶端封闭。
⑤火焰熄灭后， 。
⑥用湿毛巾包裹玻璃管，一段时间后，读数。
（1）请将步骤⑤补充完整：　 　。
（2）湿毛巾的作用是　 　。
（3）若该实验测得的空气中氧气的体积分数大于1/5，可能的原因是　 　。
【答案】（1）及时(立即)关闭止水夹(没有及时或立即扣一分)
（2）降低玻璃管内气体温度；加快玻璃管内水蒸气液化；
（3）橡皮塞塞得不及时，管内空气受热逸出了；氢气燃烧，放出大量热。管内气压急剧升高，气体从底部逸出。(写出一点即可)
【解析】根据测氧气体积分数的实验原理分析，结合实验时要待装置冷却后读数， 橡皮塞塞得不及时、管内温度升高气压急剧升高，气体从底部逸出等会影响实验结果解答。
【解答】（1）由操作步骤可知， 火焰熄灭后， 要及时(立即)关闭止水夹，然后用湿毛巾包裹玻璃管，一段时间后，读数；
（2）实验中湿毛巾是为了降低玻璃管内气体温度，加快玻璃管内水蒸气液化；
（3）橡皮塞塞得不及时，管内空气受热逸出了；氢气燃烧，放出大量热。管内气压急剧升高，气体从底部逸出等都会使测得空气中氧气的体积分数大于五分之一。
考点精讲二、实验室制备氧气的化学原理
反应原理 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4△K2MnO4＋MnO2＋O2↑2KClO32KCl＋3O2↑
实验装置
收集方法 (1)排水集气法(因氧气不易溶于水)(2)向上排空气法(因氧气密度比空气大)
验满方法 将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃(向上排空气法)
检验方法 将带火星的木条放在集气瓶中，木条复燃
注意事项 长颈漏斗末端要伸到液面以下(分液漏斗则不必) (1)试管口略向下倾斜(2)铁夹夹在试管中上部(3)实验完毕，先移走导气管，再移走酒精灯(4)用KMnO4制O2时，试管口放一团棉花
典例1：（2022·台州）在实验室里可以用加热氯酸钾与二氧化锰的混合物来制取氧气。
（1）请从下列各图中选择合适的实验装置(部分夹持装置未画出)　 　(填序号)。
（2）二氧化锰、氧化铁和氧化铝都可以作为氯酸钾加热分解的催化剂。为了比较这三种金属氧化物对氯酸钾分解快慢的影响，某兴趣小组利用下列器材和药品进行实验。
实验器材：秒表、电子秤、上图中合适的装置。
实验药品：氯酸钾，颗粒大小相同的二氧化锰、氧化铁、氧化铝。
实验步骤： ▲ .
【答案】（1）③
（2）①检查装置气密性。
②用电子秤称取a克氯酸钾和b克二氧化锰，充分混合后装入试管，连接好装置并固定。
③加热，用排水法收集一定体积的气体，记录所用的时间。
④分别用等质量的氧化铁、氧化铝替换二氧化锰，收集相同体积的气体，记录所用的时间。
⑤重复上述实验，比较实验所记录的时间。
⑥改变催化剂质量，重复实验。
【解析】（1）根据反应物的状态和反应条件选择合适的气体发生状态，根据气体的性质选择合适的收集方法。
（2）催化剂的催化作用越好，反应越快，则收集相同的氧气需要的时间越短。因为要制取气体，所以实验前要先检查装置的气密性，然后装入药品进行反应，并记录收集一定体积氧气的时间即可，据此设计实验步骤。
【解答】（1）氯酸钾和二氧化锰为固态，且需要加热，因此发生装置选择“固态加热型”。氧气难溶于水，因此收集氧气选择排水法，故选③。
（2）根据实验目的，设计实验如下：
①检查装置气密性。
②用电子秤称取a克氯酸钾和b克二氧化锰，充分混合后装入试管，连接好装置并固定。
③加热，用排水法收集一定体积的气体，记录所用的时间。
④分别用等质量的氧化铁、氧化铝替换二氧化锰，收集相同体积的气体，记录所用的时间。
⑤重复上述实验，比较实验所记录的时间。
⑥改变催化剂质量，重复实验。
变式1：（2022·杭州模拟）实验室用氯酸钾固体(二氧化锰作催化剂)制取氧气，下列装置组合正确的是（　　）
A．①③ B．①⑤ C．②③ D．②④
【答案】A
【解析】根据反应物状态选择发生装置，气体密度或溶解性确定收集装置分析。
【解答】 实验室用氯酸钾固体(二氧化锰作催化剂)制取氧气， 需选择固体加热型发生装置，氧气可用排水法或向上排空气法收集，装置组合为 ①③ 或 ①④ ；
变式2：8．（2022·丽水）在实验室制取和收集气体的四种装置中，下列用法不正确的是（　　）
A．可制取O2 B．可制取CO2 C．可收集CO2 D．可收集O2
【答案】C
【解析】根据制取氧气、二氧化碳的发生装置及收集装置选择要求分析。
【解答】A、选择氯酸钾和二氧化锰制取氧气时，可利用固体加热型发生装置，正确，不符合题意；
B、二氧化碳制取选择固液常温型发生装置，正确，不符合题意；
C、二氧化碳密度比空气大，不能用向下排空气法收集，错误，符合题意；
D、氧气不易溶于水，可用排水法收集，正确，不符合题意；
变式3：（2022·杭州模拟）请你根据下列实验装置图回答：
（1）若用氯酸钾制取一瓶干燥的O2应选用的发生装置和收集装置分别是　 　。（用编号表示）
（2）实验室若用块状固体和液体且无需加热来制取气体，改用E装置（多孔隔板用来放块状固体）代替B装置的优点是　 　。
【答案】（1）AD （2）可以控制反应的发生和停止
【解析】（1）根据反应物状态及反应条件选择发生装置，利用密度及溶解性选择收集装置，其中排空气法收集气体干燥，排水法收集气体纯净；
（2）根据能控制药品接触与分离的装置可控制反应发生与停止分析。
【解答】（1） 若用氯酸钾制取一瓶干燥的O2应选用的发生装置是A，因向上排空气法比排水法收集氧气干燥，所以收集装置选择D。
（2）E装置可通过改变压强控制药品接触与分离，从而控制反应发生与停止。
考点精讲三、质量守恒定律
1．宏观表现：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
2．微观解释：化学反应前后原子的种类没有改变，原子的数目没有改变。
3．普遍性：一切化学反应都遵循质量守恒定律。
4．适用性：质量守恒定律对化学反应有意义，对物理变化无意义。
5．质量守恒：质量守恒定律只适用于化学反应前后质量守恒，而不是体积或分子数守恒。
6．质量分析：在反应前的各物质的质量总和，不包括过量的反应物质量。
典例1：（2022·舟山）小舟选用白磷、锥形瓶、气球、天平等药品和器材，探究化学反应中物质质量的变化规律，装置如图。
[实验思路]先确认化学反应已经发生，再比较反应物的质量总和和生成物的 质量总和是否相等。
[实验步骤]
I.锥形瓶内装人白磷，塞紧瓶塞放在天平托盘上，调节平衡：
II.取下锥形瓶，将瓶塞上的铁丝在酒精灯上烧红后，接触引燃白磷，并立即塞紧瓶塞；
III.待反应结束冷却后，将锥形瓶放回天平托盘上，观察　 　。
[实验结论]参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
[交流反思]
⑴要确认化学反应已经发生，本实验中观察到的现象是　 　。
⑵反应结束后。若白磷有剩余，你认为是否仍能得出上述结论，并请说明理由。　 　。
【答案】天平是否平衡；白磷燃烧，产生大量白烟；能，剩余白磷未参加反应，反应前后质量不变。
【解析】根据验证质量守恒定律需测定反应前后物质质量，磷燃烧现象及未参与反应的物质不影响质量变化分析。
【解答】 [实验步骤] 要验证质量守恒定律，需测定反应前后装置内物质的质量，即待反应结束冷却后，将锥形瓶放回天平托盘上，观察天平是否平衡 ；
[交流反思] （1） 要确认化学反应已经发生，即磷发生燃烧，观察到的现象是白磷燃烧，产生大量白烟 ；（2） 反应结束后白磷有剩余，因剩余白磷未参加反应，不影响反应前后质量 ，所以能得出结论。
变式1：在一密闭容器中加入a、b、c、d四种物质，测得反应前后各物质的质量如表。
物质 a b c d
反应前的质量(g) 40 40 10 32
反应后的质量(g) 12 x 10 0
下列说法正确的是 (　　)
A．x等于90
B．b可能是单质
C．c一定是催化剂
D．参加反应的a与d的质量比为7∶8
【答案】D
【解析】根据质量守恒定律，在化学反应中，参加反应前各物质的质量总和等于反应后生成各物质的质量总和。x＝40＋40＋32＋10－12－10＝100；故a、d为反应物，b为生成物，该反应为化合反应，故b为化合物；c的质量不变，可能为催化剂；参加反应的a与d的质量比为(40－12)∶32＝7∶8。
变式2：（2022·丽水）定律是对自然现象或关系的描述，通常可用数学方式加以表达。在学习“质量守恒定律”时，小丽查阅到以下材料：
（1）玻义耳实验中，金属灰增加的质量是　 　。
（2）质量守恒定律的发现过程，带给我们的启示有 (填字母)；
A．要善于总结前人的成果和经验
B．实验的成功与否，取决于药品的选择
C．定量方法是科学研究的重要方法
（3）受上述研究启发，小丽对相关实验进行了深入探究。在白磷燃烧前后质量测定实验中(如图)。气球的作用有　 　。
（4）小丽认为，蜡烛燃烧后剩下的固体质量比燃烧前少了，因此该现象不符合质量守恒定律。诸你设计世个能说服小丽的简明实验思路　 　。
【答案】（1）参加反应的氧气质量(或氧化汞中氧元素的质量)
（2）A；C
（3）形成密闭空间，使瓶内气压保持在一定范围内，防止瓶塞因气压过大而冲出
（4）在密闭装置中完成蜡烛燃烧﹐并测量蜡烛燃烧前后整个装置的质量，比较两者的质量大小
【解析】根据化学变化都遵循质量守恒定律，但有气体参与的化学反应，若在敞口容器中进行，无法通过反应前后质量的测定来验证质量守恒定律，要得出结论，需利用密闭容器进行分析。
【解答】（1）玻义耳实验中，金属灰增加的质量是参加反应的氧气质量；
（2） 质量守恒定律告诉我们要善于总结前人的成果和经验 ，A正确； 药品的选择不足以决定实验的成功与否，B错误； 定量方法可通过数据的采集确定实验结论，是科学研究的重要方法 ，C正确；
（3）白磷燃烧时放热，会使装置内压强增大，装置中气球的作用是形成密闭空间，使瓶内气压保持在一定范围内，防止瓶塞因气压过大而冲出 ；
（4）化学变化都遵循质量守恒定律，蜡烛燃烧后剩余固体质量比燃烧前少，是由于生成气体逸出，要证明质量守恒，需在密闭装置中完成蜡烛燃烧﹐并测量蜡烛燃烧前后整个装置的质量，比较两者的质量大小 。
变式3：（2018·台州）某同学用如图装置验证质量守恒定律。称取一定质量的碳酸钠装入气球，将气球套在锥形瓶上。将药品全部倒入装有足量稀盐酸的锥形瓶中，气球迅速胀大。称量反应前后装置的总质量，实验数据如下表所示。
实验次数 1 2 3
碳酸钠质量/克 0.53 1.06 2.12
反应前装置总质量/克 66.33 66.86 67.92
反应后装置总质量/克 66.19 66.62 67.42
（1）计算第1次反应产生的二氧化碳质量。
（2）分析数据发现每次反应前后装置的总质量均不相等,请以第1次反应为例，通过计算说明该反应是否遵循质量守恒定律。(空气密度取1.3克/升,二氧化碳密度取2.0克/升，结果精确到0.01)
【答案】（1）将0.53g碳酸钠加入足量稀盐酸中，则碳酸钠完全反应，设生成二氧化碳的质量是x。
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+ CO2↑
106 44
0.53 x
解得x=0.22g
（2）第1次反应后，装置总质量减少的质量是：66.33克-66.19克=0.14克。
因为装置减少的重力=气球受到的浮力，F浮=ρ空×g×V排 ，
所以装置减少的质量为： =ρ空×V排=ρ空× =1.3克/升× =0.143克≈0.14克，所以该反应遵循质量守恒定律。
【解析】（1）碳酸钠与稀盐酸反应的方程式为：
将0.53g碳酸钠加入足量稀盐酸中，则碳酸钠完全反应，设生成二氧化碳的质量是X。
106 44
0.53g X
解得X=0.22g
（2）第1次反应后，装置总质量减少的质量=66.33克-66.19克=0.14克
因为装置减少的重力=气球受到的浮力，根据F浮=ρ空×g×V排 ，
所以装置减少的质量为： =ρ空×V排=ρ空× =1.3克/升× =0.143克≈0.14克，所以该反应遵循质量守恒定律。
考点精讲四、二氧化碳实验室制法
1．工业制法：CaCO3CaO＋CO2↑
2．实验室制法：
a．原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
(注意：不能用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发使CO2不纯；也不能用硫酸，因为反应产生的硫酸钙微溶于水，会阻止碳酸钙跟硫酸反应)。
b．装置：块状固体和液体反应，不加热(如图所示)。
c．步骤：(略)。
d．收集方法：向上排空气法。
3．检验二氧化碳气体用澄清石灰水，若能使澄清石灰水变浑浊，则是二氧化碳。
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。
典例1：（2022·绍兴）科学是一门以实验为基础的学科。以下是实验室制取、收集、测量气体体积的常用装置。
（1）实验室制取二氧化碳的发生装置可以选择　 　（填字母）。
（2）检查装置B气密性的方法是：先关闭止水夹，然后　 　。
（3）若用装置C测反应生成的二氧化碳体积，测得的体积比理论值小，原因可能是二氧化碳具有　 　的性质。
【答案】（1）B
（2）向长颈漏斗中加入适量的水，若液面形成高度差且一段时间后，高度差不变，则气密性良好。（合理即可)
（3）能溶于水或能与水反应
【解析】（1）根据反应物的状态和反应条件选择气体的发生装置；
（2）根据检查装置气密性的方法解答；
（3）测得的二氧化碳的体积偏小，那么二氧化碳肯定是被消耗了，即要么是它能够与水反应，要么是它能够溶于水，据此分析解答。
【解答】（1）实验室用大理石和稀盐酸制取二氧化碳，反应物为固体和液体，且不需要加热，因此发生装置选择“固液常温型”，故选B。
（2）检查装置B气密性的方法是：先关闭止水夹，然后向长颈漏斗中加入适量的水，若液面形成高度差且一段时间后，高度差不变，则气密性良好。
（3）若用装置C测反应生成的二氧化碳体积，测得的体积比理论值小，原因可能是二氧化碳具有能溶于水或能与水反应的性质。
变式1：（2022·舟山）在学习二氧化碳性质时，小舟进行如下探究：
（1）[制取气体]用石灰石和稀盐酸作为原料制取二氧化碳气体，收集气体时要得到平稳的气流，应选择图甲中的　 　(填字母)作为发生装置。
（2）[探究性质]用图乙装置完成二氧化碳性质的探究后，小舟还想用该装置来验证氧气的密度大于空气密度的性质。若他将氧气倒入装有两支带火星的蜡烛的烧杯中(如图丙)，预期观察到的现象是　 　。
【答案】（1）C （2）蜡烛自下而上复燃
【解析】（1）根据制取二氧化碳选择固液常温型发生装置，分液漏斗可控制液体的流速以控制反应速率分析；
（2）根据氧气的密度比空气大及助燃性分析。
【解答】（1） 用石灰石和稀盐酸作为原料制取二氧化碳气体，收集气体时要得到平稳的气流，应选择带有分液漏斗的固液常温型发生装置，即C；
（2）氧气密度比空气大，且有助燃性，所以向烧杯中倾倒氧气会观察到蜡烛自下而上复燃。
变式2：（2022·台州）二氧化碳是一种与人类生产生活有密切关系的气体，对地球生命有重要意义。（1）二氧化碳的发现:17世纪初，海尔蒙特发现木炭燃烧后不但有灰烬，还产生了一种不可见的气体，于是他将该气体命名为“森林之精”。蜡烛的火焰会在该气体中熄灭，说明了这种气体的化学性质有　 　。
（2）二氧化磯的制取:实验室常用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳。现要制取4.4克二氧化碳，至少需要含碳酸钙质量分数为80%的石灰石多少克？
（3）二氧化碳的减排和消耗:人类降低空气中的二氧化碳含量的研究有两个方向：一是减少二氧化碳的排放，二是增加二氧化碳的消耗。请写出一条你能做到的消耗二氧化碳的方式或途径：　 　。
【答案】（1）不能燃烧也不支持燃烧
（2）解：设需要碳酸钙的质量为m
CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+ CO2↑
100 44
m 4.4克
m=10克 石灰石的质量： =12.5克
答：至少需要含碳酸钙质量分数为80%的石灰石12.5克。
（3）植树造林(其他合理答案均可)
【解析】（1）根据“蜡烛的火焰会在该气体中熄灭”分析气体的化学性质。
（2）写出碳酸钙和稀盐酸反应的方程式，然后根据二氧化碳的质量利用质量之间的比例关系计算出参加反应的碳酸钙的质量，最后根据计算出石灰石的质量；
（3）绿色植物吸收二氧化碳，生成氧气，据此确定消耗二氧化碳的方法。
【解答】（1）蜡烛的火焰会在该气体中熄灭，说明了这种气体化学性质有：不能燃烧也不支持燃烧。
（3）消耗二氧化碳的方式或途径：植树造林。
变式3：（2022·金华）某校科学研究小组同学开展“二氧化碳的制取与性质”的实验探究。
【实验原理】CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
【发生装置】
（1）结合实验原理，图1中发生装置可用于实验室制取CO2气体的是　 　；（填字母）
（2）【实验探究】
探究Ⅰ.影响因素探究
在制取CO2气体时，为了探究影响反应快慢的因素，小组同学进行了四组实验，如表所示
实验组别 甲 乙 丙 丁
大理石的质量/g、颗粒大小 m块状 m块状 m粉末状 m粉末状
盐酸的体积/mL、浓度 V稀盐酸 V浓盐酸 V稀盐酸 V浓盐酸
若探究盐酸的浓度对上述反应的影响，可选择实验甲与　 　（选填实验组别）进行对照。
（3）探究Ⅱ.性质探究
做CO2与NaOH溶液发生反应的验证实验时，同学们将NaOH溶液加入到充满CO2气体且质地较软的塑料瓶中，观察到塑料瓶变扁，由此得到CO2与NaOH发生反应的结论。但有同学认为上述现象产生的原因还可能是CO2气体溶于水导致气压减小。
为回答该同学的质疑，小科进行了如下实验：在两个250mL的烧瓶中分别充满CO2气体，通过注射器同时向两个烧瓶中分别注入同体积的水和NaOH溶液，最后得到烧瓶内压强与时间的关系曲线（如图2所示）。由此，小科得出CO2气体溶于水会导致塑料瓶变扁，同时CO2与NaOH也发生了化学反应的结论。
结合图2中A、B曲线变化特点，写出能证明CO2与NaOH发生了化学反应的证据　 　。
（4）【拓展提高】小组同学完成某石灰石样品中CaCO3的质量分数测定，其方法是：将样品与一定量的稀盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中CaCO3的质量分数。
小组同学在实验室中组装了相应的实验装置（如图3）。小科利用该实验装置按如下步骤进行实验：
①先通一段时间的空气
②称量D装置的质量为m1
③打开分液漏斗的活塞，将稀盐酸全部加入锥形瓶，待充分反应后，关闭活塞
④再次通空气一段时间
⑤再次称量D装置的质量为m2
有同学指出实验步骤③操作明显不合理，你认为该同学的理由是　 　。
【答案】（1）BC
（2）乙
（3）B曲线明显低于A曲线（或B与A曲线不重合；答案中只要体现两者压强存在差异即可）
（4）未及时关闭活塞可能会导致产生的CO2从分液漏斗口逸出
【解析】（1）根据制取二氧化碳的药品的状态及反应条件分析；
（2）根据对比实验的设计方法分析，设计对比实验要求变量的唯一性；
（3）根据图像中两曲线不重合分析；
（4）根据不及时关闭活塞气体会逸出分析。
【解答】（1）实验室制取二氧化碳需选择固液常温型发生装置，故选BC。
（2） 若探究盐酸的浓度对上述反应的影响，需进行改变盐酸的浓度而大理石颗粒大小、质量相同的对比实验，即选择实验甲与 乙对照；
（3）通过B曲线明显低于A曲线，可证明CO2与NaOH发生了化学反应 ；
（4） 步骤③操作未及时关闭活塞可能会导致产生的CO2从分液漏斗口逸出，影响实验结果；
1．[衢州中考]质量守恒定律是自然界最基本的规律之一。下列装置及实验(天平未画出)能用来验证质量守恒定律的是(　　)
　 A　　　　 　 B　　　　　 C　　 　　 　 D
【答案】A
【解析】质量守恒定律只研究化学变化质量问题，物理变化不能用质量守恒定律解释。硝酸银和盐酸反应生成氯化银沉淀和硝酸，可以用来验证质量守恒定律；B实验中没有发生化学变化；C、D实验没有在密闭容器内进行，不能用来验证质量守恒定律。
2.[广东中考]如图所示实验中，①④为用紫色石蕊试液润湿的棉球，②③为浸过紫色石蕊试液的干燥棉球。下列能准确描述实验现象的是(　　)
A．④比①先变红，②③不变红
B．①比④先变红，②③不变红
C．④变红，①②③不变红
D．①变红，②③④不变红
【答案】A
【解析】干燥的二氧化碳气体不显酸性，不能使石蕊变色，所以②③不变红；二氧化碳与石蕊试液中的水发生反应生成碳酸使石蕊变色，所以①④变红；二氧化碳密度比空气大，气体下沉，所以④比①先变红。
3.（2020·杭州）小金通过实验室制取和牧集二氧化碳的方法获得了一瓶二氧化碳气体。接着利用这瓶二氧化碳气体完成了图示实验观察到蜡烛火焰自下而上依次熄灭。下列说法错误的是( )
A.实验室制取二氧化碳的药品为块状大理石和稀硫酸
B.实验室可采用向上排空气法收集二氧化碳
C.图示实验可说明二氧化碳密度比空气大
D.图示实验可说明二氧化碳不支持蜡烛的燃烧
【答案】A
【解析】A.实验室制取二氧化碳，通常采用大理石与稀盐酸反应，故A错误符合题意；
B.因为二氧化碳的密度大于空气，所以使用向上排空气法收集，故B正确不合题意；
C.蜡烛火焰从下到上依次熄灭，说明二氧化碳沉积在容器底部，即它的密度大于空气，故C正确不合题意；
D.蜡烛依次熄灭，说明二氧化碳不燃烧，也不支持燃烧，故D正确不合题意。故选A。
4．（2022·杭州）汽车开动和人的生命活动都需要能量，能量是各种运动的量度。给汽车开动和人的生命活动提供能量的两个过程如图所示，下列分析错误的是（　　）
A．都通过剧烈的氧化反应释放出能量
B．都将化学能转化为其他形式的能
C．都参与自然界的碳循环和氧循环
D．都遵循能量的转化和守恒定律
【答案】A
【解析】（1）细胞呼吸是指有机物在细胞内经过一系列的氧化分解，氧化缓慢；燃烧是一种放热发光的化学反应，其反应放出能量较剧烈。
（2）化学能通常可以转化为热能、光能、机械能、电能等。
（3）碳循环和氧循环分别指的是氧元素在自然界的循环状态。动植物的呼 吸作用及人类活动中的燃烧都需要消耗氧气，产生二氧化碳。
（4）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到其它物体，而能量的总量保持不变。
【解答】A：组织细胞呼吸作用是缓慢氧化，A错误。
B：燃烧和呼吸作用都将化学能转化为其他形式的能，B正确。
C：含碳燃料的燃烧可将氧气转化为二氧化碳，呼吸作用将氧气转化为二氧化碳，因此两者都参与自然界的碳循环和氧循环，C正确。
D：所有的化学反应都遵循能量的转化和守恒定律，D正确。
5．（2022·舟山模拟）化学兴趣小组利用如图所示的改进装置测定空气中氧气的含量。胶头滴管中的水接触生石灰一段时间后， 白磷开始燃烧， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是（　　）
A．白磷不足会使测定结果偏小
B．注射器活塞会先向左再向右最终停在 10mL 刻度处
C．白磷燃烧的过程中会产生大量白烟
D．胶头滴管中的水和注射器中的水作用是不相同的
【答案】B
【解析】根据用白磷燃烧测氧气体积含量，依据磷燃烧消耗氧气，装置内因氧气反应气体体积减小，水补充减少体积，补充水的体积即为氧气体积分析。
【解答】A、白磷不足则不能将装置内氧气完全耗尽，会使测定结果偏小 ，不符合题意；
B、因装置中有止水夹，磷燃烧时止水夹关闭， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹，注射器活塞会向左移动，最终停在10mL刻度处 ，符合题意；
C、白磷燃烧的过程中会产生大量白烟 ，不符合题意；
D、胶头滴管中的水是作反应物，与生石灰反应，注射器中的水是补充试管内减小体积，作用是不相同的 ，不符合题意；
6．（2022·温州模拟）小温对“暖宝宝”发热原理很感兴趣。查看“暖宝宝”成分，主要有铁粉、碳粉、食盐、水等物质。小温猜测是撕掉外包装后，空气中的氧气通过透气膜进入贴片发生反应。小温设计实验来探究“暖宝宝”的发热原理：在检查装置气密性后将10克铁粉和4克碳粉加入烧瓶。t1时刻加入4mL饱和食盐溶液(忽略加入液体引起的压强变化)。为判断铁粉是否反应完，在t2时刻将一支装了一定量稀硫酸注射器插到烧瓶上，将稀硫酸推入烧瓶中。采集的实验数据如图2和图3所示。
（1）实验用到50克质量分数为20%的稀硫酸，需浓度为80%的浓硫酸　 　克来配制。
（2）分析t1-t2时刻瓶内压强变化的原因：　 　。
（3）从图中寻找C点时铁粉没有反应完的证据：　 　(写出两点)
【答案】（1）12.5
（2）氧气消耗使压强减小的量大于反应放热使压强增大的量
（3）t2~t3段温度升高速度大于t1~t2段； CD段压强增大。
【解析】（1）稀释前后，溶质的质量保持不变，据此根据“溶质质量=溶液质量×溶质质量分数”列方程计算即可。
（2）根据图像可知，t1~t2时刻，铁消耗氧气，从而使瓶内气压减小；反应时放出热量，从而使瓶内气压增大。由于前者的影响大于后者，因此瓶内的气压会逐渐减小。
（3）在t2时刻，铁和稀盐酸反应，生成氢气，丙放出热量，这两个因素都会促使瓶内的气压增大，据此分析解答。
【解答】（1）设需要浓度为80%的浓硫酸质量为x，
50g×20%=80%x；
解得：x=12.5g。
（2）t1-t2时刻瓶内压强变化的原因：氧气消耗使压强减小的量大于反应放热使压强增大的量。
（3）从图中寻找C点时铁粉没有反应完的证据：t2~t3段温度升高速度大于t1~t2段； CD段压强增大。
7．（2022·舟山）2022年我国将有6名航天员生活在空间站。氧气、水、食物等是维持航天员驻留空间站的必要物质。为提高物质的利用率，目前空间站通过以下途径实现物质循环利用：
（1）由图可知目前空间站通过物质循环获得水的途径共有　 　条，其中尿液净化时必须除去尿液中的　 　等代谢废物。
（2）为实现氧的循环，目前空间站内利用氢气和航天员呼出的二氧化碳，在一定条件下转化为甲烷和水，化学方程式为：4H2+ CO22H2O+CH4。据测算，正常情况下一位航天员一天呼出的二氧化碳质量约1.1千克，若这些二氧化碳全部与氢气反应，则可生成水多少千克
【答案】（1）3；尿素、尿酸
（2）解：设可生成水的质量为x
4H2+ CO2 一定条件 2H2O+CH4
　 44 　 36
　 1.1千克 　 x
x=0.9千克
答：可生成水0.9千克。
【解析】1.尿的形成包括肾小球和肾小囊壁的滤过和肾小管的重吸收作用，当血液流经肾小球时，除了血细胞和大分子的蛋白质外，其他的如水、无机盐、尿素、葡萄糖会滤过到肾小囊腔形成原尿；当原尿流经肾小管时，其中大部分水、部分无机盐和全部的葡萄糖被重新吸收回血液，而剩下的如尿素、一部分无机盐和水等由肾小管流出形成尿液。
2.根据化学反应方程式计算解答。
【解答】(1)由图可知目前空间站通过物质循环获得水的途径共有3条，其中尿液净化时必须除去尿液中的尿素、尿酸等代谢废物。
8．（2022·金华）为了保护生态环境，针对全球气候变化，中国政府向全球承诺，力争于2060年前实现“碳中和”。“碳中和”是指在一定时间内，使二氧化碳的排放总量与吸收总量平衡，实现“零排放”。实现“碳中和”通常可采取如下措施：
Ⅰ.碳减排：减少人类生产和生活中二氧化碳的排放量。
（1）下列做法不能实现“碳减排”的是__________
A．加高烟囱排放工业废气 B．推进新能源汽车使用
C．废弃物分类投放并回收利用 D．养成节约用水用电习惯
（2）Ⅱ.碳吸收：①利用植物光合作用，这是自然界消耗二氧化碳的最重要途径；②利用“碳捕捉与封存技术”，即通过一定的方法，将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存。在实际生产中，经常用NaOH溶液来“捕捉”CO2，流程如图所示（部分条件及物质未标出）。用该技术进行“碳捕获"有效利用了原材料，该过程中被循环利用的物质有　 　。
（3）分离器中发生的反应：①CaO+H2O=Ca(OH)2，②Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH。现有溶质质量分数为10.6%的Na2CO3溶液100千克，求完全反应后，理论上可生成CaCO3的质量(要求根据化学方程式计算)。
Ⅲ.碳转化：指二氧化碳的资源化利用。
【答案】（1）A
（2）NaOH、CaO
（3）解：设生成碳酸钙的质量为x
Na2CO3+Ca(OH)2= CaCO3↓+2NaOH
106 100
100kg×10.6% x
x=10kg
【解析】（1）根据 “碳减排”要符合节能、减排、减少污染等分析；
（2）根据可循环利用的物质既是流程中的反应物，又是生成物分析；
（3）根据碳酸钠的质量代入方程式中，利用物质间质量关系计算碳酸钙质量分析。
【解答】（1） 加高烟囱排放工业废气并没有减少废气的排放，不能实现碳减排，A符合题意； 推进新能源汽车使用可减少空气污染，B不符合题意； 废弃物分类投放并回收利用可节约资源且保护环境，C不符合题意； 养成节约用水用电习惯，可节约资源，D不符合题意；
（2） “碳捕获"有效利用了原材料，该过程中 NaOH、CaO 既是反应物又是生成物，可循环利用；
9．（2022·温州）图甲是一款潜水艇紧急供氧设备的结构示意图，产氧药块主要成分是氯酸钠，需要镁粉氧化放热启动并维持反应进行，快速产生氧气。
（1）启动时，镁粉（Mg）与氧气反应生成氧化镁（MgO）。其化学方程式为：　 　。
（2）产氧药块反应会产生极少量有毒的氯气，推测图甲中试剂X应具有的性质是　 　。
（3）氯酸钠受热分解生成氯化钠和氧气。m克氯酸钠分解过程中各物质质量变化如图乙所示，选择a、b、d、rn中的部分数据，列出它们的等式关系以体现质量守恒定律。
【答案】（1）2Mg+O2 2MgO
（2）吸收氯气，但不吸收氧气
（3）a+d=b+c(或a+d=m、b+c=m)
【解析】（1）根据化学反应原理书写化学方程式；
（2）由甲图分析可知，产氧药块产生的氧气和氯气，通过试剂X，氯气被吸收，氧气排出；
（3）根据质量守恒定律，反应前后各物质的质量总和相等，生成气体的质量即为固体减少的质量，结合图像乙分析解答。【解答】（1）启动时，镁粉（Mg）与氧气反应生成氧化镁（MgO），
其化学方程式为：2Mg+O2 2MgO；
（2）产氧药块反应会产生极少量有毒的氯气，由甲图可知，通过试剂X，氯气被吸收，氧气排出，故推测图甲中试剂X能吸收氯气，但不吸收氧气；
（3）氯酸钠受热分解生成氯化钠和氧气，根据质量守恒定律，反应前后各物质的质量总和相等，生成气体的质量即为固体减少的质量，由图乙可知，m-d=a，即m=a+d；m-c=b，即m=b+c；a+d=b+c；故能体现质量守恒定律的关系式有a+d=b+c、m=a+d、m=b+c。
10．（2022·温州）实验室取二氧化碳时，选择合适溶质质量分数的盐酸，有利于减少盐酸浪费。小明分别取400克溶质质量分数为7.3％、14.6％、21.9％的盐酸与足量的石灰石反应，进行A、B、C三组实验，产生二氧化碳的快慢与时间关系如图所示，算得盐酸利用率如表（盐酸利用率是指收集到的气体体积理论上所需要的盐酸量与实际消耗的盐酸总量的比值)。
盐酸利用率与盐酸溶质质量分数的关系
组别 A B C
盐酸溶质质量分数 7.3% 14.6% 21.9%
盐酸利用率 82.5% 81.5% 72.1%
（1）小明在实验过程中发现，发生装置中的锥形瓶外壁发烫。推测图中c组在第5～10分钟时反应快速变慢的主要原因是　 　。
（2）小明用400克盐酸进行A组实验，可收集到二氧化碳气体约多少升？（盐酸与石灰石反应的化学方程式为：2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑，常温常压下二氧化碳的密度约为2克／升）
（3）实验中，小明想在10分钟内制取10升二氧化碳气体，综合考虑各种因素，选用哪种溶质质量分数的盐酸更合适，并说明理由。　 　
【答案】（1）盐酸溶质质量分数越大，越易挥发；反应速度越快，消耗的盐酸越多；温度升高加快盐酸挥发。上述结果引起盐酸溶质质量分数快速减小，故反应快速变慢。
（2）解：参加反应的稀盐酸溶质质量：m=400克×7.3％×82.5％=24.09克
设生成二氧化碳的质量为x
2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+ CO2↑
73 44
24.09克 x
=
解得：x=14.52克
V= = =7.26升
答：可收集到二氧化碳气体7.26升。
（3）选B，前10分钟反应快慢适中，盐酸利用率较高，能满足收集10升二氧化碳。
【解析】（1）反应速率变小，肯定是反应物的溶质质量分数减小所致，而稀盐酸本身容易挥发，且它的浓度随反应的进行而减小，据此分析解答；
（2）首先用稀盐酸的质量×溶质质量分数×盐酸利用率计算出参加反应的稀盐酸的溶质质量，再根据碳酸钙和稀盐酸反应的方程式计算出生成二氧化碳气体的质量，最后根据密度公式 计算二氧化碳的体积。
（3）根据图像，从反应速率大小和盐酸利用率的角度分析哪种盐酸更合适即可。
11．（2022·杭州）小金设计了一款在缺氧环境或出现高浓度有毒有害气体环境下逃生时使用的自救呼吸器。其设计思路如图甲所示，自救呼吸器的结构如图乙所示（其中箭头方向表示气体流动方向）。
（1）呼吸气路的设计：自教呼吸器使用时，需用鼻夹夹住鼻子，用嘴咬合呼吸软管进行呼吸。在正常呼气时，单向阀A和B的开闭情况是　 　（选填“A打开，B闭合”或“A闭合，B打开”）。
（2）生氧药品的选择：小金查阅资料发现超氧化物（用MO2表示，其中M为+1价)可与人呼出气中的CO2、H2O反应生成O2，其反应的化学方程式为：
4MO2+2H2O=4X+3O2↑ 4MO2+2CO2=2M2CO3+3O2
X的化学式为　 　。
500g超氧化钾(KO2)和500g超氧化钠(NaO2)的生氧性能如图丙所示。小金依据人正常呼吸时需要生氧药品的生氧速度不低于1L/min，并结合自救呼吸器的结构和生氧药品的生氧性能，选取了KO2作为生氧药品。选取KO2的优点是　 　。（写出1点）
（3）影响自救呼吸器有效防护时间的因素有　 　（选填序号)。
①生氧药品的质量 ②外界有毒有害气体浓度
③外界氧气浓度 ④生氧药品的种类
【答案】（1）A打开，B闭合
（2）MOH；生氧速度波动较小，使用时间较长，氧气浪费较少
（3）①④
【解析】（1）流体总是从气压大的地方流向气压小的地方，据此分析两个单向阀的开启情况。
（2）根据质量守恒定律分析X的化学式。
（3）在制氧过程中，如果生氧速度太大，会造成气压过大，从排气面排出而浪费。如果生氧速度不稳定，那么会影响使用体验，据此分析解答。
（4）根据自救呼吸器的工作原理分析判断。
【解答】（1）根据图片可知，单向阀B只能向上开启，而A只能向下开启。在正常呼气时，呼吸软管内气压增大，从而打开单向阀A，关闭单向阀B，废气从排气面排出。
（2）根据方程式 4MO2+2H2O=4X+3O2↑ 得到：4M+10O+4H=4X+6O，解得：4X=4M+4O+4H，即X=MOH。
根据图丙可知，选取KO2的优点是：生氧速度波动较小，使用时间较长，氧气浪费较少。
（3）影响自救呼吸器防护时间的其实就是生成氧气的量，而生成氧气的量有药品的质量和种类决定，故选①④。
思维导图
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
典例分析
举一反三
课后巩固
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专题02 氧气体积探究,气体制取与检测等
考点精讲一、空气中氧气体积分数的定量估测
装置图 注意点
试剂要求：足量红磷装置要求：气密性良好操作要求：待集气瓶冷却到室温后再打开弹簧夹实验现象：大量白烟，瓶内液面上升约1/5体积实验结论：空气是混合物；O2约占1/5，可助燃；N2约占4/5，不可燃也不可助燃，难溶于水
①液面上升小于1/5的原因：装置漏气，红磷量不足，未冷却完全；
②选择的药品应具备的条件：能在空气中燃烧；在空气中燃烧时只与氧气反应，不消耗空气中其他气体；燃烧后只产生固体或产生的气体可以被水或其他溶液吸收。
【知识拓展】
1．空气是一种混合物。空气中各种气体的含量是体积分数，不能误解为质量分数。
2．空气中氧气体积分数的估测实验中，不能用铁代替红磷的原因是铁不能在空气中燃烧；不能用碳、硫代替红磷的原因是产物是气体，不能产生压强差。
典例1：（2022·温州）小明认为教室内空气中氧气含量比室外低，于是想用红磷测定教室内空气中氧气的体积分数。老师告诉他，足量的红磷燃烧并不能耗尽空气中的氧气，建议用一氧化氮气体代替红磷进行实验。在老师的指导下，小明进行如图所示实验：用注射器获取V1毫升教室内的空气，通过导管缓缓地全部推入量筒，与量筒内足量的V2毫升一氧化氮气体混合，待充分反应后，读出量筒中剩余气体体积为V3毫升。
说明：①V1、V2、V3都是在与教室气温、气压相同的状态下测得。
②一氧化氮难溶于水，也不与水反应。
③同温同压下，在氢氧化钠溶液参与下，4体积一氧化氮与3体积氧气恰好完全反应，且产物能完全被溶液吸收。
（1）小明用气密性良好的注射器，获取V1毫升教室内空气的具体操作是　 　。
（2）实验测得教室内空气中氧气的体积分数为　 　。（用V1、V2、V3表示）
（3）小明提出，注射器内空气中的二氧化碳也会被氢氧化钠溶液吸收，从而影响实验结果。但老师指出，相比空气中的氧气含量，二氧化碳对实验结果的影响属于“次要因素”，不是“主要因素”，可忽略不计。还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要因素”，请再举一例并指明次要因素。　 　
变式1：（2022·舟山模拟）化学兴趣小组利用如图所示的改进装置测定空气中氧气的含量。胶头滴管中的水接触生石灰一段时间后， 白磷开始燃烧， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是（　　）
A．白磷不足会使测定结果偏小
B．注射器活塞会先向左再向右最终停在 10mL 刻度处
C．白磷燃烧的过程中会产生大量白烟
D．胶头滴管中的水和注射器中的水作用是不相同的
变式2：（2022·杭州模拟）如图为我校师生设计的 “粗略测定空气中氧气含量”的实验改进装置。
【实验步骤】：
①把足量的白磷放入带刻度的小药瓶中，再把小药瓶放入热水中；（气密性良好）
②待白磷自燃冒出白烟后冷却至室温；
③把输液管的A端伸入装有硫酸铜溶液的烧杯中，打开阀门；
【实验现象】：进入小药瓶的硫酸铜溶液约占小药瓶体积的1/5。
【交流评价】：
（1）硫酸铜溶液会进入小药瓶的原因是　 　；
（2）与教材中实验相比，列举本实验改进后的优点。
变式3：（2022·温州模拟）《科学》课本上用图1的装置来测定空气中氧气的体积分数。小温尝试用其他装置进行测定，实验装置如图2所示。步骤大致如下：
①组装器材并检查装置的气密性。.
②取一只两端开口的标有刻度的玻璃管，在其刻度起始处标记为0
③往大试管中加铁屑，往长颈漏斗中加入稀硫酸
④将水槽中的玻璃导管露出水面，点燃气体，再把玻璃管快速罩在火焰上面，使0刻度线对准水面，迅速塞紧橡皮塞使顶端封闭。
⑤火焰熄灭后， 。
⑥用湿毛巾包裹玻璃管，一段时间后，读数。
（1）请将步骤⑤补充完整：　 　。
（2）湿毛巾的作用是　 　。
（3）若该实验测得的空气中氧气的体积分数大于1/5，可能的原因是　 　。
考点精讲二、实验室制备氧气的化学原理
反应原理 2H2O22H2O＋O2↑ 2KMnO4△K2MnO4＋MnO2＋O2↑2KClO32KCl＋3O2↑
实验装置
收集方法 (1)排水集气法(因氧气不易溶于水)(2)向上排空气法(因氧气密度比空气大)
验满方法 将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃(向上排空气法)
检验方法 将带火星的木条放在集气瓶中，木条复燃
注意事项 长颈漏斗末端要伸到液面以下(分液漏斗则不必) (1)试管口略向下倾斜(2)铁夹夹在试管中上部(3)实验完毕，先移走导气管，再移走酒精灯(4)用KMnO4制O2时，试管口放一团棉花
典例1：（2022·台州）在实验室里可以用加热氯酸钾与二氧化锰的混合物来制取氧气。
（1）请从下列各图中选择合适的实验装置(部分夹持装置未画出)　 　(填序号)。
（2）二氧化锰、氧化铁和氧化铝都可以作为氯酸钾加热分解的催化剂。为了比较这三种金属氧化物对氯酸钾分解快慢的影响，某兴趣小组利用下列器材和药品进行实验。
实验器材：秒表、电子秤、上图中合适的装置。
实验药品：氯酸钾，颗粒大小相同的二氧化锰、氧化铁、氧化铝。
实验步骤： ▲ .
变式1：（2022·杭州模拟）实验室用氯酸钾固体(二氧化锰作催化剂)制取氧气，下列装置组合正确的是（　　）
A．①③ B．①⑤ C．②③ D．②④
变式2：（2022·丽水）在实验室制取和收集气体的四种装置中，下列用法不正确的是（　　）
A．可制取O2 B．可制取CO2 C．可收集CO2 D．可收集O2
变式3：（2022·杭州模拟）请你根据下列实验装置图回答：
（1）若用氯酸钾制取一瓶干燥的O2应选用的发生装置和收集装置分别是　 　。（用编号表示）
（2）实验室若用块状固体和液体且无需加热来制取气体，改用E装置（多孔隔板用来放块状固体）代替B装置的优点是　 　。
考点精讲三、质量守恒定律
1．宏观表现：参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
2．微观解释：化学反应前后原子的种类没有改变，原子的数目没有改变。
3．普遍性：一切化学反应都遵循质量守恒定律。
4．适用性：质量守恒定律对化学反应有意义，对物理变化无意义。
5．质量守恒：质量守恒定律只适用于化学反应前后质量守恒，而不是体积或分子数守恒。
6．质量分析：在反应前的各物质的质量总和，不包括过量的反应物质量。
典例1：（2022·舟山）小舟选用白磷、锥形瓶、气球、天平等药品和器材，探究化学反应中物质质量的变化规律，装置如图。
[实验思路]先确认化学反应已经发生，再比较反应物的质量总和和生成物的 质量总和是否相等。
[实验步骤]
I.锥形瓶内装人白磷，塞紧瓶塞放在天平托盘上，调节平衡：
II.取下锥形瓶，将瓶塞上的铁丝在酒精灯上烧红后，接触引燃白磷，并立即塞紧瓶塞；
III.待反应结束冷却后，将锥形瓶放回天平托盘上，观察　 　。
[实验结论]参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
[交流反思]
⑴要确认化学反应已经发生，本实验中观察到的现象是　 　。
⑵反应结束后。若白磷有剩余，你认为是否仍能得出上述结论，并请说明理由。　 　。
变式1：在一密闭容器中加入a、b、c、d四种物质，测得反应前后各物质的质量如表。
物质 a b c d
反应前的质量(g) 40 40 10 32
反应后的质量(g) 12 x 10 0
下列说法正确的是 (　　)
A．x等于90
B．b可能是单质
C．c一定是催化剂
D．参加反应的a与d的质量比为7∶8
变式2：（2022·丽水）定律是对自然现象或关系的描述，通常可用数学方式加以表达。在学习“质量守恒定律”时，小丽查阅到以下材料：
（1）玻义耳实验中，金属灰增加的质量是　 　。
（2）质量守恒定律的发现过程，带给我们的启示有 (填字母)；
A．要善于总结前人的成果和经验
B．实验的成功与否，取决于药品的选择
C．定量方法是科学研究的重要方法
（3）受上述研究启发，小丽对相关实验进行了深入探究。在白磷燃烧前后质量测定实验中(如图)。气球的作用有　 　。
（4）小丽认为，蜡烛燃烧后剩下的固体质量比燃烧前少了，因此该现象不符合质量守恒定律。诸你设计世个能说服小丽的简明实验思路　 　。
变式3：（2018·台州）某同学用如图装置验证质量守恒定律。称取一定质量的碳酸钠装入气球，将气球套在锥形瓶上。将药品全部倒入装有足量稀盐酸的锥形瓶中，气球迅速胀大。称量反应前后装置的总质量，实验数据如下表所示。
实验次数 1 2 3
碳酸钠质量/克 0.53 1.06 2.12
反应前装置总质量/克 66.33 66.86 67.92
反应后装置总质量/克 66.19 66.62 67.42
（1）计算第1次反应产生的二氧化碳质量。
（2）分析数据发现每次反应前后装置的总质量均不相等,请以第1次反应为例，通过计算说明该反应是否遵循质量守恒定律。(空气密度取1.3克/升,二氧化碳密度取2.0克/升，结果精确到0.01)
考点精讲四、二氧化碳实验室制法
1．工业制法：CaCO3CaO＋CO2↑
2．实验室制法：
a．原理：CaCO3＋2HCl===CaCl2＋H2O＋CO2↑
(注意：不能用浓盐酸，因为浓盐酸易挥发使CO2不纯；也不能用硫酸，因为反应产生的硫酸钙微溶于水，会阻止碳酸钙跟硫酸反应)。
b．装置：块状固体和液体反应，不加热(如图所示)。
c．步骤：(略)。
d．收集方法：向上排空气法。
3．检验二氧化碳气体用澄清石灰水，若能使澄清石灰水变浑浊，则是二氧化碳。
CO2＋Ca(OH)2===CaCO3↓＋H2O。
典例1：（2022·绍兴）科学是一门以实验为基础的学科。以下是实验室制取、收集、测量气体体积的常用装置。
（1）实验室制取二氧化碳的发生装置可以选择　 　（填字母）。
（2）检查装置B气密性的方法是：先关闭止水夹，然后　 　。
（3）若用装置C测反应生成的二氧化碳体积，测得的体积比理论值小，原因可能是二氧化碳具有　 　的性质。
变式1：（2022·舟山）在学习二氧化碳性质时，小舟进行如下探究：
（1）[制取气体]用石灰石和稀盐酸作为原料制取二氧化碳气体，收集气体时要得到平稳的气流，应选择图甲中的　 　(填字母)作为发生装置。
（2）[探究性质]用图乙装置完成二氧化碳性质的探究后，小舟还想用该装置来验证氧气的密度大于空气密度的性质。若他将氧气倒入装有两支带火星的蜡烛的烧杯中(如图丙)，预期观察到的现象是　 　。
变式2：（2022·台州）二氧化碳是一种与人类生产生活有密切关系的气体，对地球生命有重要意义。（1）二氧化碳的发现:17世纪初，海尔蒙特发现木炭燃烧后不但有灰烬，还产生了一种不可见的气体，于是他将该气体命名为“森林之精”。蜡烛的火焰会在该气体中熄灭，说明了这种气体的化学性质有　 　。
（2）二氧化磯的制取:实验室常用石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳。现要制取4.4克二氧化碳，至少需要含碳酸钙质量分数为80%的石灰石多少克？
（3）二氧化碳的减排和消耗:人类降低空气中的二氧化碳含量的研究有两个方向：一是减少二氧化碳的排放，二是增加二氧化碳的消耗。请写出一条你能做到的消耗二氧化碳的方式或途径：　 　。
变式3：（2022·金华）某校科学研究小组同学开展“二氧化碳的制取与性质”的实验探究。
【实验原理】CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑
【发生装置】
（1）结合实验原理，图1中发生装置可用于实验室制取CO2气体的是　 　；（填字母）
（2）【实验探究】
探究Ⅰ.影响因素探究
在制取CO2气体时，为了探究影响反应快慢的因素，小组同学进行了四组实验，如表所示
实验组别 甲 乙 丙 丁
大理石的质量/g、颗粒大小 m块状 m块状 m粉末状 m粉末状
盐酸的体积/mL、浓度 V稀盐酸 V浓盐酸 V稀盐酸 V浓盐酸
若探究盐酸的浓度对上述反应的影响，可选择实验甲与　 　（选填实验组别）进行对照。
（3）探究Ⅱ.性质探究
做CO2与NaOH溶液发生反应的验证实验时，同学们将NaOH溶液加入到充满CO2气体且质地较软的塑料瓶中，观察到塑料瓶变扁，由此得到CO2与NaOH发生反应的结论。但有同学认为上述现象产生的原因还可能是CO2气体溶于水导致气压减小。
为回答该同学的质疑，小科进行了如下实验：在两个250mL的烧瓶中分别充满CO2气体，通过注射器同时向两个烧瓶中分别注入同体积的水和NaOH溶液，最后得到烧瓶内压强与时间的关系曲线（如图2所示）。由此，小科得出CO2气体溶于水会导致塑料瓶变扁，同时CO2与NaOH也发生了化学反应的结论。
结合图2中A、B曲线变化特点，写出能证明CO2与NaOH发生了化学反应的证据　 　。
（4）【拓展提高】小组同学完成某石灰石样品中CaCO3的质量分数测定，其方法是：将样品与一定量的稀盐酸反应，测定反应后生成的CO2质量，再根据CO2的质量求出样品中CaCO3的质量分数。
小组同学在实验室中组装了相应的实验装置（如图3）。小科利用该实验装置按如下步骤进行实验：
①先通一段时间的空气
②称量D装置的质量为m1
③打开分液漏斗的活塞，将稀盐酸全部加入锥形瓶，待充分反应后，关闭活塞
④再次通空气一段时间
⑤再次称量D装置的质量为m2
有同学指出实验步骤③操作明显不合理，你认为该同学的理由是　 　。
1．[衢州中考]质量守恒定律是自然界最基本的规律之一。下列装置及实验(天平未画出)能用来验证质量守恒定律的是(　　)
　 A　　　　 　 B　　　　　 C　　 　　 　 D
2.[广东中考]如图所示实验中，①④为用紫色石蕊试液润湿的棉球，②③为浸过紫色石蕊试液的干燥棉球。下列能准确描述实验现象的是(　　)
A．④比①先变红，②③不变红
B．①比④先变红，②③不变红
C．④变红，①②③不变红
D．①变红，②③④不变红
3.（2020·杭州）小金通过实验室制取和牧集二氧化碳的方法获得了一瓶二氧化碳气体。接着利用这瓶二氧化碳气体完成了图示实验观察到蜡烛火焰自下而上依次熄灭。下列说法错误的是( )
A.实验室制取二氧化碳的药品为块状大理石和稀硫酸
B.实验室可采用向上排空气法收集二氧化碳
C.图示实验可说明二氧化碳密度比空气大
D.图示实验可说明二氧化碳不支持蜡烛的燃烧
4．（2022·杭州）汽车开动和人的生命活动都需要能量，能量是各种运动的量度。给汽车开动和人的生命活动提供能量的两个过程如图所示，下列分析错误的是（　　）
A．都通过剧烈的氧化反应释放出能量
B．都将化学能转化为其他形式的能
C．都参与自然界的碳循环和氧循环
D．都遵循能量的转化和守恒定律
5．（2022·舟山模拟）化学兴趣小组利用如图所示的改进装置测定空气中氧气的含量。胶头滴管中的水接触生石灰一段时间后， 白磷开始燃烧， 待白磷熄灭冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是（　　）
A．白磷不足会使测定结果偏小
B．注射器活塞会先向左再向右最终停在 10mL 刻度处
C．白磷燃烧的过程中会产生大量白烟
D．胶头滴管中的水和注射器中的水作用是不相同的
6．（2022·温州模拟）小温对“暖宝宝”发热原理很感兴趣。查看“暖宝宝”成分，主要有铁粉、碳粉、食盐、水等物质。小温猜测是撕掉外包装后，空气中的氧气通过透气膜进入贴片发生反应。小温设计实验来探究“暖宝宝”的发热原理：在检查装置气密性后将10克铁粉和4克碳粉加入烧瓶。t1时刻加入4mL饱和食盐溶液(忽略加入液体引起的压强变化)。为判断铁粉是否反应完，在t2时刻将一支装了一定量稀硫酸注射器插到烧瓶上，将稀硫酸推入烧瓶中。采集的实验数据如图2和图3所示。
（1）实验用到50克质量分数为20%的稀硫酸，需浓度为80%的浓硫酸　 　克来配制。
（2）分析t1-t2时刻瓶内压强变化的原因：　 　。
（3）从图中寻找C点时铁粉没有反应完的证据：　 　(写出两点)
7．（2022·舟山）2022年我国将有6名航天员生活在空间站。氧气、水、食物等是维持航天员驻留空间站的必要物质。为提高物质的利用率，目前空间站通过以下途径实现物质循环利用：
（1）由图可知目前空间站通过物质循环获得水的途径共有　 　条，其中尿液净化时必须除去尿液中的　 　等代谢废物。
（2）为实现氧的循环，目前空间站内利用氢气和航天员呼出的二氧化碳，在一定条件下转化为甲烷和水，化学方程式为：4H2+ CO22H2O+CH4。据测算，正常情况下一位航天员一天呼出的二氧化碳质量约1.1千克，若这些二氧化碳全部与氢气反应，则可生成水多少千克
8．（2022·金华）为了保护生态环境，针对全球气候变化，中国政府向全球承诺，力争于2060年前实现“碳中和”。“碳中和”是指在一定时间内，使二氧化碳的排放总量与吸收总量平衡，实现“零排放”。实现“碳中和”通常可采取如下措施：
Ⅰ.碳减排：减少人类生产和生活中二氧化碳的排放量。
（1）下列做法不能实现“碳减排”的是__________
A．加高烟囱排放工业废气 B．推进新能源汽车使用
C．废弃物分类投放并回收利用 D．养成节约用水用电习惯
（2）Ⅱ.碳吸收：①利用植物光合作用，这是自然界消耗二氧化碳的最重要途径；②利用“碳捕捉与封存技术”，即通过一定的方法，将工业生产中产生的CO2分离出来进行储存。在实际生产中，经常用NaOH溶液来“捕捉”CO2，流程如图所示（部分条件及物质未标出）。用该技术进行“碳捕获"有效利用了原材料，该过程中被循环利用的物质有　 　。
（3）分离器中发生的反应：①CaO+H2O=Ca(OH)2，②Ca(OH)2+Na2CO3=CaCO3↓+2NaOH。现有溶质质量分数为10.6%的Na2CO3溶液100千克，求完全反应后，理论上可生成CaCO3的质量(要求根据化学方程式计算)。
Ⅲ.碳转化：指二氧化碳的资源化利用。
9．（2022·温州）图甲是一款潜水艇紧急供氧设备的结构示意图，产氧药块主要成分是氯酸钠，需要镁粉氧化放热启动并维持反应进行，快速产生氧气。
（1）启动时，镁粉（Mg）与氧气反应生成氧化镁（MgO）。其化学方程式为：　 　。
（2）产氧药块反应会产生极少量有毒的氯气，推测图甲中试剂X应具有的性质是　 　。
（3）氯酸钠受热分解生成氯化钠和氧气。m克氯酸钠分解过程中各物质质量变化如图乙所示，选择a、b、d、rn中的部分数据，列出它们的等式关系以体现质量守恒定律。
10．（2022·温州）实验室取二氧化碳时，选择合适溶质质量分数的盐酸，有利于减少盐酸浪费。小明分别取400克溶质质量分数为7.3％、14.6％、21.9％的盐酸与足量的石灰石反应，进行A、B、C三组实验，产生二氧化碳的快慢与时间关系如图所示，算得盐酸利用率如表（盐酸利用率是指收集到的气体体积理论上所需要的盐酸量与实际消耗的盐酸总量的比值)。
盐酸利用率与盐酸溶质质量分数的关系
组别 A B C
盐酸溶质质量分数 7.3% 14.6% 21.9%
盐酸利用率 82.5% 81.5% 72.1%
（1）小明在实验过程中发现，发生装置中的锥形瓶外壁发烫。推测图中c组在第5～10分钟时反应快速变慢的主要原因是　 　。
（2）小明用400克盐酸进行A组实验，可收集到二氧化碳气体约多少升？（盐酸与石灰石反应的化学方程式为：2HCl+CaCO3=CaCl2+H2O+CO2↑，常温常压下二氧化碳的密度约为2克／升）
（3）实验中，小明想在10分钟内制取10升二氧化碳气体，综合考虑各种因素，选用哪种溶质质量分数的盐酸更合适，并说明理由。　 　
11．（2022·杭州）小金设计了一款在缺氧环境或出现高浓度有毒有害气体环境下逃生时使用的自救呼吸器。其设计思路如图甲所示，自救呼吸器的结构如图乙所示（其中箭头方向表示气体流动方向）。
（1）呼吸气路的设计：自教呼吸器使用时，需用鼻夹夹住鼻子，用嘴咬合呼吸软管进行呼吸。在正常呼气时，单向阀A和B的开闭情况是　 　（选填“A打开，B闭合”或“A闭合，B打开”）。
（2）生氧药品的选择：小金查阅资料发现超氧化物（用MO2表示，其中M为+1价)可与人呼出气中的CO2、H2O反应生成O2，其反应的化学方程式为：
4MO2+2H2O=4X+3O2↑ 4MO2+2CO2=2M2CO3+3O2
X的化学式为　 　。
500g超氧化钾(KO2)和500g超氧化钠(NaO2)的生氧性能如图丙所示。小金依据人正常呼吸时需要生氧药品的生氧速度不低于1L/min，并结合自救呼吸器的结构和生氧药品的生氧性能，选取了KO2作为生氧药品。选取KO2的优点是　 　。（写出1点）
（3）影响自救呼吸器有效防护时间的因素有　 　（选填序号)。
①生氧药品的质量 ②外界有毒有害气体浓度
③外界氧气浓度 ④生氧药品的种类
思维导图
典例分析
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典例分析
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