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第三章 空气与生命 实验探究专题
参考答案及解析
1．制氧机有膜分离、变压吸附等制氧方式。膜分离制氧用到的膜材料有陶瓷、聚苯胺等，其中混合导电陶瓷分离膜的工作原理示意如图甲。变压吸附制氧常用的吸附剂是沸石分子筛。科研人员在一定条件下分别将N2、O2通过某种沸石分子筛，测定其对N2、O2的吸附情况、结果如图乙（纵坐标数值越大，代表吸附量越大）。吸氧对于缺氧人群有一定作用，但健康人短期内高流量吸氧会对机体造成不良影响，因此不能盲目吸氧。
请回答下列问题：
（1）变压吸附制氧的原理是　 　 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（2）图甲中，表示氧分子变成氧原子的是　 　 （填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
（3）由图乙可知，25℃时吸附压越大越有利于分离N2和O2，证据是　 　 。
（4）从使用的安全角度，吸氧时，应避免吸烟或接近任何火源，原因是　 　 。
【答案】（1）物理变化；
（2）Ⅱ；
（3）25℃时，吸附压越大，氮气的吸附量越大，而氧气的吸附量变化不大；
（4）氧气具有助燃性，遇明火等可能会引发火灾或爆炸。
【解析】
（1）变压吸附制氧过程中，只是利用沸石分子筛对N2和O2吸附能力的不同将它们分离，没有新物质生成，所以是物理变化。
（2）观察图甲，Ⅰ过程是氧分子靠近分离膜，Ⅱ过程中氧分子分解为氧原子，Ⅲ过程是氧原子重新组合成氧分子。所以表示氧分子变成氧原子的是Ⅱ。
（3）观察图乙，在25℃时，随着吸附压的增大，N2和O2的吸附量差值逐渐增大。因为纵坐标数值越大代表吸附量越大，吸附量差值越大就越有利于N2和O2的分离。
（4）由于氧气具有助燃性，喷氧时若遇到明火等可能会引发燃烧甚至爆炸等危险情况。
2．利用大气压原理解释现象时，有同学经分析后概括出以下思维模型：
（1）思维模型中的“？”处应填 　 　 （选填“开放”或“密闭”）。
（2）如图是“测定空气中氧气含量的实验”，待红磷燃烧火焰熄灭后，冷却，打开止水夹，可以观察到 　 　 。根据该思维模型，本实验是通过 　 　 的方式来减小集气瓶中的气压的。
【答案】（1）密闭；
（2）烧杯中的水进入集气瓶，进入的水的体积约占集气瓶气体体积的五分之一；减少质量。
【解析】
（1）根据题意，减小空间内的气压，利用空间内外存在气压差，出现相应现象，则思维模型中的“？”处应填密闭。
（2）待红磷燃烧火焰熄灭后，冷却，打开止水夹，可以观察到烧杯中的水进入集气瓶，进入的水的体积约占集气瓶气体体积的五分之一；根据该思维模型，本实验是通过减少质量的方式来减小集气瓶中的气压的。
3．某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究实验。
（1）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，甲设计以下对比实验：Ⅰ.将3.0g KClO3与1.0g MnO2均匀混合加热；Ⅱ.将xg KClO3与1.0g CuO均匀混合加热；在相同温度下，比较两组实验产生O2的快慢。在甲实验的Ⅱ中x的值应为 　 　 。
（2）乙探究了影响双氧水分解速度的某种因素。实验数据记录如下：
双氧水的质量 双氧水的浓度 MnO2的质量 　 　
Ⅰ 50.0g 1% 0.1g 9mL
Ⅱ 50.0g 2% 0.1g 16mL
Ⅲ 50.0g 4% 0.1g 31mL
上表中横线上需记录的实验数据是 　 　 ，本实验中，测量O2体积的装置是
　 　 （填编号）。
该实验结论是：　 　 。
【答案】（1）3.0；
（2）相同时间内收集氧气的体积；c；其它条件相同时，过氧化氢溶液浓度越大，过氧化氢溶液的分解速率越快。
【解析】
（1）依据题意可知，实验目的是探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，变量为催化剂的种类，要控制其它因素都相同，所以Ⅱ中KClO3的质量为3.0g，则x为3.0，故填：3.0；
（2）分析表中信息可知，乙实验目的是探究过氧化氢溶液浓度对双氧水分解速度的影响，变量为过氧化氢溶液浓度，控制其它因素都相同，则上表中横线上需记录的实验数据是相同时间内收集氧气的体积；分析a、b、c装置特点可知，测量O2体积的装置是c；分析表中数据可知，该实验结论是其它条件相同时，过氧化氢溶液浓度越大，过氧化氢溶液的分解速率越快；故填：相同时间内收集氧气的体积；c；其它条件相同时，过氧化氢溶液浓度越大，过氧化氢溶液的分解速率越快。
4．实验室常用如图装置来制取氧气。请回答：
（1）请写出图中a的名称：　 　 。
（2）关于实验室用氯酸钾、高锰酸钾制取氧气的反应，相同之处是 　 　 （填字母编号）。
A．都需要加热 B．都可直接选用A装置制取
C．都属于分解反应 D．都需要二氧化锰作催化剂
（3）实验室用氯酸钾和二氧化锰制取并收集氧气主要有以下步骤：①将试剂装入试管，用带导管的橡皮塞塞紧试管口；②检查装置的气密性；③给试管加热；④将装置固定在铁架台上；⑤熄灭酒精灯；⑥收集气体；⑦将导管从水槽中取出。正确的操作顺序是 　 　 （填序号）。
（4）在完成制取并收集氧气后，小科进行了检验氧气化学性质的实验，他取一根光亮的细铁丝绕成螺旋状，一端系上一根火柴，另一端系在一根粗铁丝上，点燃火柴，待火柴将要烧完时，立即伸进一瓶预留少量水的盛有氧气的集气瓶中，可以观察到的现象为 　 　 ，并放出大量的热。
【答案】（1）铁架台；（2）AC；（3）②①④③⑥⑦⑤；（4）剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。
【解析】
（1）图中a的名称：铁架台；
（2）实验室用高锰酸钾、氯酸钾制取氧气的反应分别是高锰酸钾加热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，氯酸钾在二氧化锰催化作用下受热分解生成氯化钾和氧气；
A、根据上述分析可知，两个反应都需要加热，正确；
B、用高锰酸钾制氧气时，试管口需放一团棉花，以防止试管内固体粉末进入导管，不能直接选用A装置制取，错误；
C、根据上述分析可知，这两个反应都由一种物质生成多种物质的反应，都属于分解反应，正确；
D、根据上述分析可知，用高锰酸钾制氧气时，不需要二氧化锰作催化剂，错误。
故选AC；
（3）实验室用氯酸钾和二氧化锰制取并收集氧气主要有以下步骤：②检查装置的气密性→①将试剂装入试管，用带导管的橡皮塞塞紧试管口→④将装置固定在铁架台上→③给试管加热→⑥收集气体→⑦将导管从水槽中取出→⑤熄灭酒精灯。故填：②①④③⑥⑦⑤；
（4）铁在氧气中燃烧的实验现象：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，并放出大量的热。
5．资料显示，将新制的溶质质量分数为5%的H2O2溶液，加热到80℃时，才有较多氧气产生。而相同质量5%的H2O2溶液加入催化剂，常温下就会立即产生氧气，反应速度快、所需时间短。
（1）小科同学按图甲装置进行实验，当试管中有大量气泡出现时，伸入带火星的木条，木条并未复燃。为此，他利用图乙装置收集气体，再用带火星的木条检验，木条复燃。那么图甲实验中带火星木条未复燃的原因是 　 　 。除了图乙的方法收集氧气外，还可用 　 　 法收集。
（2）小金同学利用催化剂使H2O2溶液分解制取氧气，图丙是他设计的气体发生装置，请你指出一处错误：　 　 。
（3）两位同学采用相同质量5%的H2O2溶液，图丁虚线表示小科采用加热分解制取氧气的曲线，请你在该图中用实线画出小金利用催化剂制取氧气的大致曲线（假定两种方法H2O2均完全分解）。　　 。
【答案】（1）加热过氧化氢溶液的同时，溶液中水蒸气随氧气一起逸出，氧气浓度较低；向上排空气；
（2）长颈漏斗的下端未伸入液面以下；
（3）。
【解析】
（1）图甲实验中带火星木条未复燃的原因是加热过氧化氢溶液的同时，溶液中水蒸气随氧气一起逸出，氧气的浓度较低；氧气密度略大于空气，不易溶于水，可用向上排空气法收集或排水法收集，图乙的收集方法是排水法，除了图乙的方法收集氧气外，还可用向上排空气法收集；
（2）小柯利用催化剂使H2O2溶液分解制取氧气，图丙是他设计的气体发生装置，其中的错误之处为：长颈漏斗的下端未伸入液面以下，产生的氧气会从长颈漏斗处逸出；
（3）采用加热的方法制取氧气时，由于开始的时间内溶液温度低，所以几乎没有氧气产生，而使用催化剂的方式制取氧气，实验开始就会产生大量氧气。无论哪种方式，最终生成氧气的质量是相同的，小金利用催化剂制取氧气的大致曲线（假定两种方法H2O2均完全分解）如图。
6．小科在“探究空气中氧气含量”的实验时设计了如下的思维模型：
他用一个有刻度的去底带塞子的瓶子，塞子上插入温度计和粘有“暖宝宝”贴的铜丝，实验装置如图所示。查阅资料发现：“暖宝宝”贴内含有铁、活性炭、无机盐、水等物质，可在空气中吸收氧气发生放热反应，“暖宝宝”贴吸氧能力强，放热迅速。
（1）从建模角度分析，“利用暖宝宝贴消耗空气中的氧气”的操作属于上述思维模型中的 　 　 。
（2）在铜丝、空气、暖宝宝贴、水四种物质中，属于氧化物的是 　 　 。
（3）整个实验过程中，瓶内液面的变化情况为 　 　 。
（4）若温度计与橡皮塞之间连接不是很密闭，则测量结果将　 　（填“不变”、“偏小”或“偏大”）。
【答案】（1）耗尽O2形成气压差；（2）水；（3）先下降后上升；（4）偏小。
【解析】
（1）从建模角度分析，“利用暖宝宝贴消耗空气中的氧气”的操作属于上述思维模型中的耗尽O2形成气压差；
（2）氧化物是由两种元素组成，其中一种元素是氧元素的化合物，铜丝是同种元素组成的纯净物，属于单质，空气中存在氧气、氮气等，属于混合物，“暖宝宝”贴内含有铁、活性炭、无机盐、水等物质，属于混合物，水是由氢、氧元素组成的纯净物，属于氧化物，则四种物质中，属于氧化物的是水；
（3）刚开始暖宝宝吸收氧气会放出热量，瓶内温度升高，使气压增大，将水向下压，观察到瓶内液面下降，反应结束后随着温度下降，且反应消耗氧气使得瓶内气压减小，液面又会上升，则整个实验过程中，瓶内液面的变化情况为先下降后上升；
（4）若温度计与橡皮塞之间连接不是很密闭，空气会进入容器内，容器内气压差偏小，液面上升高度偏小，则测量结果将偏小。
7．某兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”实验（如图甲）进行了改进，设计了图乙（选用容积为45mL的试管作反应容器）的实验方案，收到了良好的实验效果。对比分析下面两个实验，回答下列问题：
（1）甲实验测得的氧气含量大于，请分析可能的原因 　 　 。（写出一点即可）
（2）乙实验操作如下（装置气密性良好）：①点燃酒精灯；②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；③将足量红磷平装入试管中，把20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图乙所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧橡皮管；④读取注射器活塞位置的刻度数据。你认为正确的实验操作顺序是 　 　 。（填序号）
（3）乙实验中，注射器活塞最后将停止在约 　 　 mL刻度处。
【答案】（1）弹簧夹没有夹紧（合理即可）；（2）③①②④；（3）1。
【解析】
（1）若弹簧夹没有夹紧，反应放出大量的热，装置内压强大，有空气逸出，因此进入的水多，使测定结果偏大；点燃红磷伸入瓶中时，缓慢伸入，会使集气瓶中的气体受热膨胀排出一部分，会导致实验结果偏大（合理即可）。
（2）乙实验中装置气密性是良好的，该实验的顺序是：第一是添加试剂，第二是点燃酒精灯，第三是反应完毕后撤去酒精灯，等待试管冷却，第四是读数，正确的实验操作顺序是③①②④。
（3）氧气约占空气总体积的五分之一，试管的容积是45mL，则氧气的体积为45mL9mL，冷却后，活塞停止的位置是10mL﹣9mL＝1mL。
8．如图甲和乙为某兴趣小组分别用红磷和铁粉除氧剂来测定空气中氧气体积分数的探究实验。其中红磷需要用酒精灯点燃后，再伸入集气瓶中。铁粉除氧剂直接涂抹在集气瓶壁，铁粉除氧剂中的其他成分不干扰实验。
（1）写出检查图甲所示装置气密性的具体操作 　 　 。
（2）图甲中红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开止水夹K，水能倒吸入集气瓶的原因是 　
　 。
（3）实验结束后发现，两个集气瓶中的水量不同，于是借助数字传感器，测得图甲实验、图乙实验中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、丁所示。请结合数据，从实验结果的精确度，说明选择哪种实验药品更为合理：　 　 。
（4）由图丙中的数据计算得知，红磷燃烧后倒吸入水的体积约为集气瓶体积的，而实际操作中发现进入的水量约为，请分析可能的原因 　 　 。
【答案】（1）连接装置，双手捂住集气瓶，观察导管口是否有气泡冒出。松手后，导管口是否形成一段稳定的水柱。
（2）氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于外界大气压。
（3）铁粉除氧剂：由图乙可知铁粉反应后集气瓶中的氧气几乎耗尽，而红磷中还有8.6%。
（4）红磷点燃伸入集气瓶的过程中时，部分空气受热膨胀逸出，导致完全反应后，瓶内气压减小更多，所以吸入的液体约为五分之一。
【解析】
（1）检查图甲所示装置气密性的具体操作：连接装置，双手捂住集气瓶，观察导管口是否有气泡冒出。松手后，导管口是否形成一段稳定的水柱。
（2）图甲中红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开止水夹K，水能倒吸入集气瓶的原因是氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于外界大气压。
（3）选择铁粉除氧剂更为合理：是因为由图乙可知铁粉反应后集气瓶中的氧气几乎耗尽，而红磷中还有8.6%。
（4）由图丙中的数据计算得知，红磷燃烧后倒吸入水的体积约为集气瓶体积的，而实际操作中发现进入的水量约为，可能的原因是红磷点燃伸入集气瓶的过程中时，部分空气受热膨胀逸出，导致完全反应后，瓶内气压减小更多，所以吸入的液体约为五分之一。
故答案为：（1）连接装置，双手捂住集气瓶，观察导管口是否有气泡冒出。松手后，导管口是否形成一段稳定的水柱。
（2）氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于外界大气压。
（3）铁粉除氧剂：由图乙可知铁粉反应后集气瓶中的氧气几乎耗尽，而红磷中还有8.6%。
（4）红磷点燃伸入集气瓶的过程中时，部分空气受热膨胀逸出，导致完全反应后，瓶内气压减小更多，所以吸入的液体约为五分之一。
9．如图是实验室制取气体的有关仪器和装置，据图回答下列问题。
（1）请写出图中标有序号②的仪器名称：②　 　 。
（2）用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法制取氧气，应选择 　 　 （从A～G中选择，填字母序号）组合装置。
（3）某同学用排水法收集了一瓶氧气，测得氧气的纯度偏低，原因可能是 　 　 （填字母）。
a．收集气体前，集气瓶没有注满水
b．导管口开始有气泡冒出，立刻收集
c．收集气体后，集气瓶中仍有少量水
（4）如图为上述反应过程中某变量y随时间的变化趋势，纵坐标表示的是 　 　 。
A．固体中氧元素的质量
B．生成O2的质量
C．固体中MnO2的质量分数
D．固体中钾元素的质量
【答案】（1）长颈漏斗；（2）BEF；（3）ab；（4）C。
【解析】
（1）通过观察图中仪器的形状和常见仪器的特征可知，图中标有序号②的仪器名称是长颈漏斗；
（2）加热氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气，反应物是固体，反应条件是加热，所以发生装置应选用BE组成（酒精灯用于加热，铁架台用于固定装置）；氧气不易溶于水，可用排水法收集，收集装置可选F；故应选择BEF组合装置；
（3）a.收集气体前，集气瓶没有注满水，瓶内残留空气，会使收集的氧气混入空气，导致氧气纯度偏低，故该选项正确；
b.导管口开始有气泡冒出，立刻收集，此时排出的气泡是装置内的空气，会使收集的氧气不纯，导致氧气纯度偏低，故该选项正确；
c.收集气体后，集气瓶中仍有少量水，水不会影响氧气的纯度，故该选项错误。
故选：ab。
（4）A.加热氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气，反应中氯酸钾分解生成氧气，固体中氧元素质量会逐渐减少，不是图中先不变后减少的趋势，故A选项错误；
B.生成氧气的质量应是从0开始逐渐增加，不是图中先不变后增加的趋势，B选项错误。
C.二氧化锰作催化剂，质量不变，但固体总质量因生成氧气逐渐减少，所以固体中MnO2的质量分数会先不变（反应未开始时），反应开始后逐渐增大，符合图中变化趋势，故C选项正确；
D.钾元素在反应前后质量守恒，质量不变，不是图中先不变后增加的趋势，故D选项错误。
故选：C。
10．研究性学习小组为了使空气中氧气含量测定更准确，改用压强传感器测定U型管左管内的压强，装置如图甲。在0～160s，阀门K保持关闭，160s时打开阀门K。传感器测定的压强与时间的关系如图乙所示（各点数据见图中标注）。
（1）甲装置中气球的作用是 　 　 。
（2）BC段气压上升的原因是 　 　 。
（3）通过本实验测定的空气中O2体积分数为 　 　 。（计算结果精确到0.1%）
【答案】（1）平衡气压，防止装置内压强过大，冲开橡皮塞，导致实验失败；
（2）白磷燃烧放热，气体膨胀，压强增大；
（3）20.4%。
【解析】
（1）甲装置中气球的作用是平衡气压，防止装置内压强过大，冲开橡皮塞，导致实验失败；
（2）BC段气压上升的原因是白磷燃烧放热，气体膨胀，压强增大；
（3）相同条件下，气体的压强与气体所占的体积成正比，用如图所示数据计算，用这种方法测得的空气中氧气的体积分数是100%≈20.4%。
11．近日，一位资深驴友在微信圈分享户外野营经验时，称只要用一张口香糖的包装锡纸，用剪刀剪成中间狭窄的条形，并将锡纸两端分别接在一节干电池的正负极，锡纸就可以燃烧起来，从而可以较快地获取火种。据此，兴趣小组做了如下实验：
取长度为9厘米，宽度为5毫米，中间窄度不同的锡纸条搭在一节5号干电池的正负极，实验现象如下表：
中间部分窄度/mm 1 2 3 4 5
现象 少量火星、狭窄处迅速裂断 狭窄处被 点燃 狭窄处出现大量火星，不断裂 狭窄处出现少量火星、不断裂 狭窄处无 火星
（1）若用此“锡纸”较快获取火种，应该选取多少窄度的为宜？　 　 。
（2）请你分析为什么多次实验都是锡纸中间最窄处先燃烧或先出现火星？
　 　 。
（3）兴趣小组认为影响“锡纸”被点燃的因素还与 　 　 有关，他们又开始了探究……
【答案】（1）2mm；
（2）中间最窄处电阻大，电流和通电时间相同时，产生的热量多，温度最先达到着火点，最易先燃烧；
（3）电池的型号。
【解析】
（1）根据表格中的数据，中间部分宽度为2mm，狭窄处被点燃，因此若用此“锡纸”较快获取火种，应该选取2mm窄度的为宜；
（2）可燃物与氧气的接触面积越大，越容易充分燃烧，多次实验都是锡纸中间最窄处先燃烧或出现火星，原因是中间最窄处电阻大，电流和通电时间相同时，产生的热量多，温度最先达到着火点，最易先燃烧；
（3）根据题中信息知，电池的型号不同，电流的大小也不同，产生的热量多少也不同，兴趣小组认为影响“锡纸”被点燃的因素还与电池的型号有关，他们又开始了探究；
12．化学是一门以实验为基础的科学。小安同学选择以下装置进行实验。
（1）制取氧气应选用 　 　 装置组合，发生反应的化学方程式为 　 　 。用排水法收集氧气时，开始收集氧气的时刻为 　 　 。
（2）可选择BE组合制取二氧化碳，反应的化学方程式为 　 　 ，检验二氧化碳气体已收集满的方法为 　 　 。
（3）用B装置制气体易于控制反应的发生和停止，该装置对反应物和生成气体的要求是 　 　 。
（4）如图F所示装置称为洗气瓶，在实验室常用于除去气体中的杂质。若要除去氧气中混有的二氧化碳，液体水应换为 　 　 ，气体应从 　 　 端进入，发生反应的化学方程式是
　 　 。
【答案】（1）AC或BC或AE或BE或AF或BF；2KClO32KCl+3O2↑或2H2O22H2O+O2↑；导管口出现连续均匀气泡。
（2）2HCl+CaCO3＝CaCl2+H2O+CO2↑；将燃着的木条置于瓶口，木条熄灭，则已集满。
（3）反应物为固液混合物，气体不易溶于水。
（4）氢氧化钠溶液；b；CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O。
【解析】
（1）制取氧气可以选择高锰酸钾或者氯酸钾和二氧化锰或者过氧化氢和二氧化锰，因此可以选择固体加热装置，或者固液不加热装置，而氧气不易溶于水，可以用排水法收集，密度比空气大，也可以用向上排空气法收集，因此可以选择AC或BC或AE或BE或AF或BF；选择A为发生装置，没有棉花，故选氯酸钾和二氧化锰为反应物，氯酸钾在二氧化锰催化作用下加热反应生成氯化钾和氧气，选择B为发生装置，则选择过氧化氢和二氧化锰制备氧气，过氧化氢在二氧化锰催化作用下反应生成水和氧气，书写化学方程式注意配平及气体符号，所以化学方程式为2KClO32KCl+3O2↑或2H2O22H2O+O2↑；排水法收集气体时，为了避免空气混入，需要等到导管口出现连续均匀气泡时再进行收集；
故答案为：AC或BC或AE或BE或AF或BF；2KClO32KCl+3O2↑或2H2O22H2O+O2↑；导管口出现连续均匀气泡。
（2）B为固液不加热装置，选择稀盐酸与碳酸钙的反应制备二氧化碳，盐酸与碳酸钙反应生成氯化钙、水和二氧化碳，书写化学方程式注意配平及气体符号，所以化学方程式为2HCl+CaCO3＝CaCl2+H2O+CO2↑；二氧化碳不支持燃烧，所以将燃着的木条置于瓶口，木条熄灭，则已集满；
故答案为：2HCl+CaCO3＝CaCl2+H2O+CO2↑；将燃着的木条置于瓶口，木条熄灭，则已集满。
（3）B为固液不加热装置，说明反应物为固液混合物，而是溶液与固体接触，因此气体需要不易溶于水，才可以排出被收集；
故答案为：反应物为固液混合物，气体不易溶于水。
（4）二氧化碳能与氢氧化钠反应，所以将水换成氢氧化钠溶液；为了使气体充分与液体接触，所以需要从长口b进气；二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，书写化学方程式注意配平，所以化学方程式为CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O；
故答案为：氢氧化钠溶液；b；CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2O。
13．如图是小科在进行研究性学习课题《化学反应中质量守恒的研究》的过程。
【提出问题】
氧化汞（HgO）加热时，会生成汞和氧气（常温常压下，氧气密度为ρ氧）。反应结束后，所生成的汞和氧气的质量总和与参加反应的氧化汞的质量是否相等呢？
【资料信息】
1.氧化汞反应的化学方程式：2HgO2Hg+O2↑。
2.测量气体体积需要在标准大气压下测量才是准确数值。
【实验设计及过程】
检查装置的气密性后，在试管中加入适量的药品，并测得反应装置、滤毒器与物质总质量为m1。待反应完全后，调整量筒液面至“合适”位置，测出气体体积记为V。再测量反应装置、滤毒器与剩余物质总质量为m2。
（1）实验时，小科在量筒中加入一些煤油的目的是 　 　 。
（2）反应完全后，量筒液面需要调整到的“合适”位置指的是 　 　 。
（3）若本实验能正确反应化学变化中的质量守恒，则上述测量结果存在关系式是：　 　 。
【答案】（1）防止氧气溶于水。（2）与水槽中的液面相平。（3）m1＝m2+ρ氧V。
【解析】
（1）实验时，小科在量筒中加入一些煤油的目的是防止氧气溶于水。
故答案为：防止氧气溶于水。
（2）反应完全后，量筒液面需要调整到的“合适”位置指的是与水槽中的液面相平，排除液柱产生的压强影响。
故答案为：与水槽中的液面相平。
（3）若本实验能正确反应化学变化中的质量守恒，则上述测量结果存在关系式是：m1＝m2+ρ氧V。
故答案为：m1＝m2+ρ氧V。
14．某化学课外小组同学用如图所示实验探究质量守恒定律。
（1）实验A在瓶底铺一层细沙的目的是 　 　 。此实验过程中产生的现象
　 　 。（写一种即可）
（2）实验B将烧杯放在天平上用砝码平衡，然后倾斜烧杯使硫酸铜溶液与铁钉接触，可观察到铁钉表面有红色固体析出，反应的化学方程式是：　 　 ；一段时间后，再把烧杯放在天平上，天平的指针 　 　 （填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”）。
（3）有同学得到的错误结论是“C实验说明质量不守恒”。你认为C实验天平不平衡的原因是
　 　 ，以此实验可知，验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应在 　 　 容器中进行实验。
【答案】（1）防止锥形瓶受热不均而炸裂；白磷燃烧产生大量白烟或气球先变大后变小。
（2）Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu；不偏转。
（3）生成的CO2散到空气中；密闭。
【解析】
（1）实验A在瓶底铺一层细沙的目的是防止锥形瓶受热不均而炸裂。此实验过程中产生的现象：白磷燃烧产生大量白烟或气球先变大后变小。
（2）实验B将烧杯放在天平上用砝码平衡，然后倾斜烧杯使硫酸铜溶液与铁钉接触，可观察到铁钉表面有红色固体析出，反应的化学方程式是Fe+CuSO4＝FeSO4+Cu；一段时间后，再把烧杯放在天平上，天平的指针不偏转。
（3）有同学得到的错误结论是“C实验说明质量不守恒”。C实验天平不平衡的原因是反应生成的二氧化碳逸出装置，以此实验可知，验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应在密闭容器中进行实验。
15．实验小组的小明、小李进行如图所示实验来验证质量守恒定律。在实验中用电子天平和量筒准确测量出表中测量对象。（实验中操作正确，当时气压下氧气的密度为ρ）
测量对象 测量结果
MnO2 m1
KClO3 m2
试管 m3
▲ m4
量筒内收集气体的体积 V
（1）写出该反应的化学方程式 　 　 。
（2）分析实验结果显示m1+m2+m3＝m4+Vρ，验证了质量守恒定律，那么测量结果为m4的测量对象是指
　 　 。
（3）实验结束后，小明在拆卸装置时闻到刺激性气味，小明说：氧气是无色无味的，有刺激性气味的气体会不会是二氧化硫？小李认为不可能，他的理由是：　 　 。
【答案】（1）2KClO32KCl+3O2↑。
（2）反应后试管中的固体质量和试管的质量和。
（3）反应物中不含有硫元素，不能生成二氧化硫。
【解析】
（1）氯酸钾在二氧化锰催化作用下受热分解生成氯化钾和氧气，该反应的化学方程式是2KClO32KCl+3O2↑。
（2）分析实验结果显示m1+m2+m3＝m4+Vρ，验证了质量守恒定律，那么测量结果为m4的测量对象是指反应后试管中的固体质量和试管的质量和。
（3）实验结束后，小明在拆卸装置时闻到刺激性气味，小明说：氧气是无色无味的，有刺激性气味的气体会不会是二氧化硫？小李认为不可能，他的理由是反应物中不含有硫元素，不能生成二氧化硫。
16．在学习“质量守恒定律”时，某同学查阅到以下材料：
（1）波义耳实验中金属灰比原金属质量增加了，从现在的视角分析这是因为 　 　 。
（2）质量守恒定律的发现过程，带给我们的启示有 　 　 （填序号）。
A.要善于总结前人的成果和经验
B.定量方法是科学研究的重要方法
C.实验的成功与否，只取决于药品的选择
（3）受科学家研究的启发，某同学参照教材中的实验继续深入探究。在白磷燃烧前后质量测定实验中（如图），气球的作用有 　 　 （写一点即可）。
（4）该同学认为，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。你认为该同学得出该错误结论的原因是 　 　 。
【答案】（1）氧气参加了反应。 （2）AB。
（3）形成密封装置或平衡装置内外气压，防止瓶塞飞出。
（4）没有考虑蜡烛燃烧生成的水蒸气和二氧化碳扩散到空气中。
【解析】
（1）波义耳实验中金属灰比原金属质量增加了，从现在的视角分析这是因为氧气参加了反应。
（2）质量守恒定律的发现过程，带给我们的启示有要善于总结前人的成果和经验、定量方法是科学研究的重要方法。
（3）受科学家研究的启发，某同学参照教材中的实验继续深入探究。在白磷燃烧前后质量测定实验中（如图），气球的作用有形成密封装置或平衡装置内外气压，防止瓶塞飞出。
（4）该同学得出该错误结论的原因是没有考虑蜡烛燃烧生成的水蒸气和二氧化碳扩散到空气中。
17．CO2通入澄清石灰水中能产生明显的现象，因此常用澄清石灰水检验CO2。实验中常用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，但无明显现象。
【提出问题】能否“制造现象”获得CO2与氢氧化钠发生化学反应的证据？
【实验一】小东设计了如方案一所示的实验，向两个装满二氧化碳的同样规格的瓶中分别注入等量的氢氧化钠溶液和蒸馏水，振荡后放在水平的桌面上。
（1）实验过程中观察到U形管左侧液面 　 　 右侧液面，由此证明CO2能与氢氧化钠发生反应（填“高于”“等于”或“低于”）。
【实验二】小阳查阅资料后设计了如方案二所示的实验，也获得了化学反应的证据。
查阅资料：NaOH易溶于酒精，Na2CO3微溶于酒精且两者都不与酒精反应。
实验步骤：
步骤一：锥形瓶中装入适量的石灰石，分液漏斗中装入适量的稀盐酸，按方案二连接装置，甲试管中装入一定量的10%NaOH水溶液，乙试管中装入等量的10%NaOH酒精溶液。
步骤二：打开分液漏斗活塞和止水夹a、b，分别向甲、乙两试管通入CO2气体。
步骤三：观察甲、乙试管中出现的现象。发现甲试管没有明显现象，乙试管有白色沉淀析出。
（2）实验制取二氧化碳的原理是：　 　 （用化学方程式表示）。
（3）解释乙装置中出现白色沉淀的原因：　 　 。
实验结论：CO2能与氢氧化钠发生反应。
【实验反思】
研习小组通过“制造现象”获得发生化学反应证据的两种方法：
方法一：通过观察反应物的减少。
方法二：通过观察生成物的 　 　 。
【答案】（1）高于；
（2）CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；
（3）二氧化碳能和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，生成的碳酸钠微溶于酒精，从而出现白色沉淀；
【实验反思】增加。
【解析】
（1）实验中若观察到U型管中左边液面上升，右边液面下降（氢氧化钠和二氧化碳反应导致气压减小的幅度大于二氧化碳溶于水导致气压减小的幅度），则证明溶液中的氢氧化钠能与二氧化碳反应；
（2）实验室通常用大理石或石灰石和稀盐酸反应制取二氧化碳，反应的化学方程式是：
CaCO3+2HCl═CaCl2+H2O+CO2↑；
（3）二氧化碳能和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，根据题目中的信息，Na2CO3微溶于酒精且不与酒精反应，因此乙装置中二氧化碳能和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，生成的碳酸钠微溶于酒精，从而出现白色沉淀；故答案为：二氧化碳能和氢氧化钠反应生成碳酸钠和水，生成的碳酸钠微溶于酒精，从而出现白色沉淀；
【实验反思】通过以上实验可以得出，获得发生化学反应证据的两种方法，方法一：通过观察反应物的减少。方法二：通过观察生成物的增加；
18．在实验室，兴趣小组利用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳，并对其性质进行研究。
（1）组装制取二氧化碳的发生装置。要求装置可以控制反应的发生与停止，则须选择图甲中的仪器有
　①⑤⑥⑦　 （填序号）。
（2）研究二氧化碳性质。
①如图乙，沿烧杯内壁缓慢倒入二氧化碳，要得出二氧化碳的密度比空气大的结论，预计观察到的现象是 　 　 。
②小平取a和b两支试管，分别加入少量蒸馏水，向b中通入二氧化碳气体。然后，分别滴加少量紫色石蕊试液，观察到b中液体变红色，于是他认为是二氧化碳与水反应产生了酸性物质。但是小红提出疑虑，也有可能是其中的二氧化碳使石蕊试液变红。请你设计实验方案来解决小红的疑虑：　 　 。
【答案】（1）①⑤⑥⑦；
（2）①下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭；
②将用紫色石蕊溶液染成的小纸花放入盛有二氧化碳的集气瓶中，小纸花不变色，说明二氧化碳不能使紫色石蕊变红色（合理即可）。
【解析】
（1）控制反应的发生与停止，要能控制固体药品和液体药品的接触，则须选择图甲中的仪器有①⑤⑥⑦，关闭弹簧夹，试管内压强增大，液体被压入长颈漏斗中，固液分离；打开弹簧夹后，固液接触，反应进行，可以控制反应的发生与停止。
（2）①沿烧杯内壁缓慢倒入二氧化碳，要得出二氧化碳的密度比空气大的结论，预计观察到的现象是下层的蜡烛先熄灭，上层的蜡烛后熄灭。
②小红提出疑虑，也有可能是其中的二氧化碳使石蕊试液变红，要排除二氧化碳的干扰，要证明二氧化碳不能使紫色石蕊变红色，可将用紫色石蕊溶液染成的小纸花放入盛有二氧化碳的集气瓶中，小纸花不变色，说明二氧化碳不能使紫色石蕊变红色（合理即可）。
19．某兴趣小组参观植物工厂时，发现给不同植物补光时会用不同的色光，却很少用绿光，该兴趣小组开展了如下探究
【提出问题】光的颜色是否会影响光合作用的强弱？
【猜想假设】光的颜色会影响光合作用的强弱
【设计实验】
步骤一：称取200克生长旺盛不带土的佛甲草，放入透明的塑料袋内，通入一定体积人体呼出的气体，袋内放置了一个氧气浓度传感器并密封如图甲。置于室温为 22℃的暗室中。
步骤二：先用200W的LED蓝光灯保持45厘米的距离照射5小时，每隔1小时测得氧气体积分数并记录；
步骤三：接着换用200W的LED红光灯和绿光灯依次照射塑料袋，重复上述实验。将测得数据制作成图乙曲线。
【得出结论】
（1）本实验可以根据 　 　 （选填“氧气体积分数”或“氧气体积分数变化快慢”）判断光合作用的的强弱。选不带土佛甲草为避免土壤中微生物的 　 　 对实验造成影响。
（2）于是小组同学根据图乙得出结论：除 CO2 外其他条件都相同时，三种色光对佛甲草光合作用强弱影响大小关系是 　 　 。
【交流评价】
（3）小组同学有困惑：教材中学到，CO2 是光合作用的原料，随着 CO2 浓度降低，植物光合作用强度越来越弱。但本实验中 CO2 浓度在不断下降；对佛甲草的光合作用强弱却无影响，老师提示科技小组查阅资料：
①查得光合作用强弱与 CO2 浓度关系（如图丙）；
②CO2 在人体呼出气体中的体积分数约为4%，在空气中约0.03%；
请结合丙图解释本实验中 CO2 浓度对佛甲草光合作用的强弱无影响的原因可能是 　 　 。
【答案】（1）氧气体积分数变化快慢；代谢；
（2）蓝光＝红光＞绿光；
（3）当二氧化碳浓度高于二氧化碳饱和点浓度时，光合作用速率不再加快；
【解析】
（1）光合作用越强，氧气体积分数变化就越快；故可根据氧气体积分数变化快慢判断光合作用的强弱；图甲装置中若选用带土佛甲草，则土壤中微生物的代谢会消耗氧气并产生二氧化碳，影响实验数据。
（2）根据图乙曲线可知，蓝光、红光照射时，装置内氧气体积分数变化相同，绿光照射时，装置内氧气体积分数变化小于蓝光和红光。
（3）从图乙可知，当二氧化碳的浓度超过a时，光合作用强度无变化，故在本实验中，装置内二氧化碳的浓度下降到二氧化碳饱和点浓度之前，对佛甲草的光合作用强弱无影响。
20．某同学利用自制实验装置探究外界因素对植物光合作用的影响。
【实验器材】小麦苗、注射器、烧杯、CO2缓释剂、功率相同的LED灯（冷光源）、不同颜色的透明塑料片、秒表。
【实验步骤】
①将新鲜的小麦叶片剪成大小相同的方形叶片若干。
②将方形叶片置于注射器中，吸取一定量水，用橡胶塞堵住注射器小孔，反复拉动活塞。
③将方形叶片取出，分别放入装有相同浓度、相同质量CO2缓释剂的3个烧杯中，每个烧杯放20片，方形叶片均沉于底部。
④分别用红色、蓝色、绿色透明塑料片包裹LED灯，再将3个烧杯分别放置在装置的“适当位置”处，关闭单透玻璃门（光只能从装置内向装置外单向通过）。
⑤闭合开关使LED灯发光，5min后观察并记录各烧杯中方形叶片上浮的数量。
⑥取下透明塑料片重复上述实验步骤。
（1）如图甲所示，进行实验步骤②，目的是 　 　 。
（2）如图乙装置，用“单透玻璃门”替代“木质门或透明玻璃”的优点是 　 　 。
（3）实验步骤④中的“适当位置”指的是 　 　 。
（4）根据图丙实验数据，分析农业生产中大棚塑料薄膜的颜色应选用 　 　 。
【答案】（1）排出叶片内的空气，使叶片细胞间隙充满水，从而使其下沉；
（2）避免外界光线和光线反射对实验结果的影响；
（3）3个烧杯与各自LED灯的距离相等；
（4）白色。
【解析】
（1）实验应使叶片完全沉于水，以排除叶片原有的浮力对实验结果的影响。故实验步骤②的目的是：排出叶片内的空气，使叶片细胞间隙充满水，从而使其下沉。
（2）单透玻璃门让光只能从装置内向装置外单向通过，故用“单透玻璃门”替代“木质门或透明玻璃”的优点是：避免外界光线和光线反射对实验结果的影响。
（3）实验除光的颜色外，三组实验的其他实验条件应保持相同，因此，实验步骤④中的“适当位置”指的是：3个烧杯与各自LED灯的距离相等。
（4）由图丙可知，白光下叶片上浮数量最多，则说明白光条件下叶片产生的氧气最多，光合作用最强，故农业生产中大棚塑料薄膜的颜色应选用白色。
21．小温为了探究不同颜色的光对植物光合作用的影响，实验步骤如下：
①取三个相同的无色透明玻璃瓶，设置A、B、C三组实验，分别加入等量且适量的新鲜菠菜叶片和CO2缓冲液（用于维持瓶中CO2含量稳定）。
②分别在导管中注入一滴红墨水，塞上橡皮塞，关闭活塞，控制红墨水初始位置相同。
③分别将装置放在相同强度的红光、绿光和黄光下照射（如图所示）。
④光照相同时间后，红墨水均向_____移动，测得红墨水移动的距离分别为I红、I黄、I绿，且I红＞I黄＞I绿，多次重复实验后，结果相同。
（1）选取等量的菠菜叶的目的是：　 　 。
（2）步骤④中，红墨水均向 　 　 移动（填“左”或“右”）。
（3）根据实验结果，可以得出的结论是：　 　 。
（4）小外查阅资料发现，气孔开放程度会影响植物的光合作用，气孔开放程度越大，光合作用越强。小外做了用不同单色光及次序组合的单色光照射叶片，检测气孔的开放程度，结果如图所示。结合图像可以得出怎样处理能使植物光合作用最强：　 　 。
【答案】（1）控制单一变量；（2）左；
（3）不同颜色的光对植物光合作用影响不同，红光最强（合理即可）；
（4）采用蓝光+绿光+蓝光照射20分钟。
【解析】
（1）对照实验应遵循单一变量原则，即除变量外，其他实验条件都应该相同且适宜。故选取等量的菠菜叶的目的是：控制单一变量。
（2）步骤④中，A、B、C三个玻璃瓶内的菠菜叶片均能进行光合作用释放氧气，因此，红墨水均向左移动。
（3）实验结果是红墨水移动的距离I红＞I黄＞I绿，则可以得出的结论是：不同颜色的光对植物光合作用影响不同，红光最强。
（4）由图中曲线可知，蓝光+绿光+蓝光照射20分钟后气孔开放程度最高，因此，结合图像可以得出采用蓝光+绿光+蓝光照射20分钟能使植物光合作用最强。
22．兴趣小组进行光合作用实验，选取生长状况相同的同种植物叶，分成4等份，分别在不同温度下暗处理1小时，接着在相同光照下放置1小时，测定每份叶中有机物质量的变化，制成图甲。回答下列问题。
（1）图乙是28℃时，该植物二氧化碳吸收（释放）随光照强度变化的曲线，则b点所表示的含义是
　 　 。
（2）实验中，叶在28℃时通过光合作用1h产生的有机物量是 　 　 mg。
（3）若温度由28℃升高到29℃，图乙中相应的a点在原位置 　 　 方。
【答案】（1）b点光合作用吸收二氧化碳和呼吸作用释放二氧化碳的量相等；（2）7；（3）下。
【解析】
（1）图乙是28℃时，该植物二氧化碳吸收（释放）随光照强度变化的曲线，则b点所表示的含义是b点光合作用吸收二氧化碳和呼吸作用释放二氧化碳的量相等。
（2）从甲图中看出，叶在28℃时，暗处理1小时植物呼吸作用消耗的有机物是2毫克；叶在28℃时光照1小时后与暗处理前的有机物增加量是3毫克。叶在28℃光照1小时进行光合作用制造有机物的时候还进行呼吸作用消耗有机物2毫克。因此实验中，叶在28℃时通过光合作用产生的有机物量＝2+2+3＝7（毫克）。
（3）从甲图中看出，叶在29℃时，暗处理1小时植物呼吸作用消耗的有机物是3毫克，叶在28℃时，暗处理1小时植物呼吸作用消耗的有机物是2毫克，表明29℃时的呼吸作用比28℃时的呼吸作用强，产生的二氧化碳多，若温度由28℃升高到29℃，图乙中相应的a点在原位置下方。
23．番茄又名西红柿，鲜嫩多汁、酸甜可口，深受同学们喜欢。达州市某校生物学社团的同学在劳动实践基地采用大棚种植番茄，在种植过程中，进行了大量探究，请据图分析回答下列问题：
（1）在图1中，番茄叶片在上午9时进行的生理活动有 　 　 。（填字母）
（2）为探究影响番茄植株光合作用的因素，该社团同学设计了如图2所示的实验装置，选择甲乙进行对照，可探究 　 　 这一因素对番茄植株光合作用的影响。
（3）如图3为24小时内番茄叶片释放或吸收二氧化碳的量随时间变化的曲线图，经分析DE段光合作用释放氧气的量 　 　 （填“＞”、“＜”或“等于”）呼吸作用吸收氧气的量。
【答案】（1）ABC。（2）二氧化碳浓度。（3）＞。
【解析】
（1）植物光合作用的必备条件是光，呼吸作用和蒸腾作用在有光无光的条件下都能进行。故在图1中，番茄叶片在上午9时进行的生理活动有A呼吸作用、B蒸腾作用、C光合作用。
（2）氢氧化钠溶液能吸收二氧化碳，故甲和乙除二氧化碳外，其他实验条件都相同，选择甲乙进行对照，可探究二氧化碳这一因素对番茄植株光合作用的影响。
（3）由图3可知，曲线DE段二氧化碳吸收量大于0，说明此时间段光合作用强度大于呼吸作用强度，故光合作用释放氧气的量＞呼吸作用吸收氧气的量。
24．某校生物兴趣小组得知农户家的大棚菠菜长势不好，开展调查，先在大棚中选取长势相同的新鲜菠菜苗若干，构建如图一所示装置（CO2缓冲液能吸收和释放CO2，维持密闭装置内CO2浓度的稳定），开展探究活动，记录数据如表所示。为更好地帮助农户家提高产量，该小组的同学还测定了二氧化碳浓度的变化情况，绘制如图二所示曲线。请分析：
组别 光照强度（勒克斯） 液滴移动（毫升/小时）
1 0 左移2.2
2 10000 右移1.1
3 20000 右移3.4
4 30000 右移1.8
（1）为了防止光照引起装置内气体的膨胀或收缩所造成的误差，必须要设置对照。那么对照组装置内应放置 　 　 。
（2）若要更精确地探知菠菜生长的最适宜光照强度，应怎样操作 　 　 。
（3）图二中有机物积累最多的点是 　 　 。
【答案】（1）同样体积死菠菜苗和缓冲溶液；
（2）增加10000～20000勒克斯和20000～30000勒克斯之间的光照强度下的实验组；
（3）d。
【解析】
（1）为了防止光照引起装置内气体的膨胀或收缩所造成的误差，必须要设置除光照强度外其他实验相同的对照，那么对照组装置内应放置同样体积死菠菜苗和缓冲溶液。
（2）若要更精确地探知菠菜生长的最适宜光照强度，根据表格的实验现象，应进行的操作是：增加10000～20000勒克斯和20000～30000勒克斯之间的光照强度下的实验组。
（3）由图二可知，曲线bd段二氧化碳浓度持续下降，则说明此时间段光合作用强度大于呼吸作用强度，有机物得以积累，则图二中有机物积累最多的点是d。
25．到19世纪末，经几代科学家对光合作用的不断探索，得到结论：光合作用反应物是H2O和CO2产物是O2和有机物。为了探究产物O2中的O元素来源，科学兴趣小组从元素守恒的角度进行了猜想。猜想一：O2全部来源于CO2；猜想二：O2全部来源于H2O；猜想三：O2同时来源于两者。为了求证，他们查阅资料如下：
资料1：19世纪末，科学家普遍认为气体之间更容易转化，认为CO2在光的作用下被分解成CO和O2，所以O2来自于同为气体的CO2。
资料2：1937年，英国化学家希尔通过实验发现：离体叶绿体在光照条件下使水分解，释放出O2。
资料3：1939年，已经发现了氧的同位素。美国科学家鲁宾、卡门利用18O标记的和C18O2分别培养小球藻，光照相同时间后，检测甲、乙两试管中产生的氧气是否含18O，如图所示。
根据所学知识，结合资料回答下列问题：
（1）写出小球藻光合作用的化学反应式或方程式：　 　 。
（2）资料2的实验结论 　 　 （填“支持”或“不支持”）资料1的观点；
（3）根据资料3的实验结果，分析可得猜想 　 　 成立。
【答案】（1）二氧化碳+水有机物（储存能量）+氧气（2）不支持（3）二
【解析】
（1）光合作用是指绿色植物通过叶绿体利用光能，把二氧化碳和水转化成储存能量的有机物（如淀粉），并且释放出氧气的过程，其反应式是：二氧化碳+水有机物（储存能量）+氧气。
（2）由资料2可知，氧气来自于水的分解，由资料1可知，氧气来自于二氧化碳，因此两者结论不同，不相互支持彼此结论。
（3）由资料3可知，利用18O标记的和C18O2分别培养小球藻，光照相同时间后，检测甲、乙两试管中产生的氧气是否含18O，结果发现氧气中氧元素来自于水而不是二氧化碳，因此证明猜想二的正确性。
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第三章 空气与生命 实验探究专题
1．制氧机有膜分离、变压吸附等制氧方式。膜分离制氧用到的膜材料有陶瓷、聚苯胺等，其中混合导电陶瓷分离膜的工作原理示意如图甲。变压吸附制氧常用的吸附剂是沸石分子筛。科研人员在一定条件下分别将N2、O2通过某种沸石分子筛，测定其对N2、O2的吸附情况、结果如图乙（纵坐标数值越大，代表吸附量越大）。吸氧对于缺氧人群有一定作用，但健康人短期内高流量吸氧会对机体造成不良影响，因此不能盲目吸氧。
请回答下列问题：
（1）变压吸附制氧的原理是　 　 （填“物理变化”或“化学变化”）。
（2）图甲中，表示氧分子变成氧原子的是　 　 （填“Ⅰ”“Ⅱ”或“Ⅲ”）。
（3）由图乙可知，25℃时吸附压越大越有利于分离N2和O2，证据是　 　 。
（4）从使用的安全角度，吸氧时，应避免吸烟或接近任何火源，原因是　 　 。
2．利用大气压原理解释现象时，有同学经分析后概括出以下思维模型：
（1）思维模型中的“？”处应填 　 　 （选填“开放”或“密闭”）。
（2）如图是“测定空气中氧气含量的实验”，待红磷燃烧火焰熄灭后，冷却，打开止水夹，可以观察到 　 　 。根据该思维模型，本实验是通过 　 　 的方式来减小集气瓶中的气压的。
3．某兴趣小组同学对实验室制备氧气的条件进行如下探究实验。
（1）为探究催化剂的种类对氯酸钾分解速度的影响，甲设计以下对比实验：Ⅰ.将3.0g KClO3与1.0g MnO2均匀混合加热；Ⅱ.将xg KClO3与1.0g CuO均匀混合加热；在相同温度下，比较两组实验产生O2的快慢。在甲实验的Ⅱ中x的值应为 　 　 。
（2）乙探究了影响双氧水分解速度的某种因素。实验数据记录如下：
双氧水的质量 双氧水的浓度 MnO2的质量 　 　
Ⅰ 50.0g 1% 0.1g 9mL
Ⅱ 50.0g 2% 0.1g 16mL
Ⅲ 50.0g 4% 0.1g 31mL
上表中横线上需记录的实验数据是 　 　 ，本实验中，测量O2体积的装置是
　 　 （填编号）。
该实验结论是：　 　 。
4．实验室常用如图装置来制取氧气。请回答：
（1）请写出图中a的名称：　 　 。
（2）关于实验室用氯酸钾、高锰酸钾制取氧气的反应，相同之处是 　 　 （填字母编号）。
A．都需要加热 B．都可直接选用A装置制取
C．都属于分解反应 D．都需要二氧化锰作催化剂
（3）实验室用氯酸钾和二氧化锰制取并收集氧气主要有以下步骤：①将试剂装入试管，用带导管的橡皮塞塞紧试管口；②检查装置的气密性；③给试管加热；④将装置固定在铁架台上；⑤熄灭酒精灯；⑥收集气体；⑦将导管从水槽中取出。正确的操作顺序是 　 　 （填序号）。
（4）在完成制取并收集氧气后，小科进行了检验氧气化学性质的实验，他取一根光亮的细铁丝绕成螺旋状，一端系上一根火柴，另一端系在一根粗铁丝上，点燃火柴，待火柴将要烧完时，立即伸进一瓶预留少量水的盛有氧气的集气瓶中，可以观察到的现象为 　 　 ，并放出大量的热。
5．资料显示，将新制的溶质质量分数为5%的H2O2溶液，加热到80℃时，才有较多氧气产生。而相同质量5%的H2O2溶液加入催化剂，常温下就会立即产生氧气，反应速度快、所需时间短。
（1）小科同学按图甲装置进行实验，当试管中有大量气泡出现时，伸入带火星的木条，木条并未复燃。为此，他利用图乙装置收集气体，再用带火星的木条检验，木条复燃。那么图甲实验中带火星木条未复燃的原因是 　 　 。除了图乙的方法收集氧气外，还可用 　 　 法收集。
（2）小金同学利用催化剂使H2O2溶液分解制取氧气，图丙是他设计的气体发生装置，请你指出一处错误：　 　 。
（3）两位同学采用相同质量5%的H2O2溶液，图丁虚线表示小科采用加热分解制取氧气的曲线，请你在该图中用实线画出小金利用催化剂制取氧气的大致曲线（假定两种方法H2O2均完全分解）。　
6．小科在“探究空气中氧气含量”的实验时设计了如下的思维模型：
他用一个有刻度的去底带塞子的瓶子，塞子上插入温度计和粘有“暖宝宝”贴的铜丝，实验装置如图所示。查阅资料发现：“暖宝宝”贴内含有铁、活性炭、无机盐、水等物质，可在空气中吸收氧气发生放热反应，“暖宝宝”贴吸氧能力强，放热迅速。
（1）从建模角度分析，“利用暖宝宝贴消耗空气中的氧气”的操作属于上述思维模型中的 　 　 。
（2）在铜丝、空气、暖宝宝贴、水四种物质中，属于氧化物的是 　 　 。
（3）整个实验过程中，瓶内液面的变化情况为 　 　 。
（4）若温度计与橡皮塞之间连接不是很密闭，则测量结果将　 　（填“不变”、“偏小”或“偏大”）。
7．某兴趣小组对教材中“测定空气中氧气含量”实验（如图甲）进行了改进，设计了图乙（选用容积为45mL的试管作反应容器）的实验方案，收到了良好的实验效果。对比分析下面两个实验，回答下列问题：
（1）甲实验测得的氧气含量大于，请分析可能的原因 　 　 。（写出一点即可）
（2）乙实验操作如下（装置气密性良好）：①点燃酒精灯；②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；③将足量红磷平装入试管中，把20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图乙所示的连接方式固定好，再用弹簧夹夹紧橡皮管；④读取注射器活塞位置的刻度数据。你认为正确的实验操作顺序是 　 　 。（填序号）
（3）乙实验中，注射器活塞最后将停止在约 　 　 mL刻度处。
8．如图甲和乙为某兴趣小组分别用红磷和铁粉除氧剂来测定空气中氧气体积分数的探究实验。其中红磷需要用酒精灯点燃后，再伸入集气瓶中。铁粉除氧剂直接涂抹在集气瓶壁，铁粉除氧剂中的其他成分不干扰实验。
（1）写出检查图甲所示装置气密性的具体操作 　 　 。
（2）图甲中红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开止水夹K，水能倒吸入集气瓶的原因是 　
　 。
（3）实验结束后发现，两个集气瓶中的水量不同，于是借助数字传感器，测得图甲实验、图乙实验中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图丙、丁所示。请结合数据，从实验结果的精确度，说明选择哪种实验药品更为合理：　 　 。
（4）由图丙中的数据计算得知，红磷燃烧后倒吸入水的体积约为集气瓶体积的，而实际操作中发现进入的水量约为，请分析可能的原因 　 　 。
9．如图是实验室制取气体的有关仪器和装置，据图回答下列问题。
（1）请写出图中标有序号②的仪器名称：②　 　 。
（2）用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法制取氧气，应选择 　 　 （从A～G中选择，填字母序号）组合装置。
（3）某同学用排水法收集了一瓶氧气，测得氧气的纯度偏低，原因可能是 　 　 （填字母）。
a．收集气体前，集气瓶没有注满水
b．导管口开始有气泡冒出，立刻收集
c．收集气体后，集气瓶中仍有少量水
（4）如图为上述反应过程中某变量y随时间的变化趋势，纵坐标表示的是 　 　 。
A．固体中氧元素的质量
B．生成O2的质量
C．固体中MnO2的质量分数
D．固体中钾元素的质量
10．研究性学习小组为了使空气中氧气含量测定更准确，改用压强传感器测定U型管左管内的压强，装置如图甲。在0～160s，阀门K保持关闭，160s时打开阀门K。传感器测定的压强与时间的关系如图乙所示（各点数据见图中标注）。
（1）甲装置中气球的作用是 　 　 。
（2）BC段气压上升的原因是 　 　 。
（3）通过本实验测定的空气中O2体积分数为 　 　 。（计算结果精确到0.1%）
11．近日，一位资深驴友在微信圈分享户外野营经验时，称只要用一张口香糖的包装锡纸，用剪刀剪成中间狭窄的条形，并将锡纸两端分别接在一节干电池的正负极，锡纸就可以燃烧起来，从而可以较快地获取火种。据此，兴趣小组做了如下实验：
取长度为9厘米，宽度为5毫米，中间窄度不同的锡纸条搭在一节5号干电池的正负极，实验现象如下表：
中间部分窄度/mm 1 2 3 4 5
现象 少量火星、狭窄处迅速裂断 狭窄处被 点燃 狭窄处出现大量火星，不断裂 狭窄处出现少量火星、不断裂 狭窄处无 火星
（1）若用此“锡纸”较快获取火种，应该选取多少窄度的为宜？　 　 。
（2）请你分析为什么多次实验都是锡纸中间最窄处先燃烧或先出现火星？
　 　 。
（3）兴趣小组认为影响“锡纸”被点燃的因素还与 　 　 有关，他们又开始了探究……
12．化学是一门以实验为基础的科学。小安同学选择以下装置进行实验。
（1）制取氧气应选用 　 　 装置组合，发生反应的化学方程式为 　 　 。用排水法收集氧气时，开始收集氧气的时刻为 　 　 。
（2）可选择BE组合制取二氧化碳，反应的化学方程式为 　 　 ，检验二氧化碳气体已收集满的方法为 　 　 。
（3）用B装置制气体易于控制反应的发生和停止，该装置对反应物和生成气体的要求是 　 　 。
（4）如图F所示装置称为洗气瓶，在实验室常用于除去气体中的杂质。若要除去氧气中混有的二氧化碳，液体水应换为 　 　 ，气体应从 　 　 端进入，发生反应的化学方程式是
　 　 。
13．如图是小科在进行研究性学习课题《化学反应中质量守恒的研究》的过程。
【提出问题】
氧化汞（HgO）加热时，会生成汞和氧气（常温常压下，氧气密度为ρ氧）。反应结束后，所生成的汞和氧气的质量总和与参加反应的氧化汞的质量是否相等呢？
【资料信息】
1.氧化汞反应的化学方程式：2HgO2Hg+O2↑。
2.测量气体体积需要在标准大气压下测量才是准确数值。
【实验设计及过程】
检查装置的气密性后，在试管中加入适量的药品，并测得反应装置、滤毒器与物质总质量为m1。待反应完全后，调整量筒液面至“合适”位置，测出气体体积记为V。再测量反应装置、滤毒器与剩余物质总质量为m2。
（1）实验时，小科在量筒中加入一些煤油的目的是 　 　 。
（2）反应完全后，量筒液面需要调整到的“合适”位置指的是 　 　 。
（3）若本实验能正确反应化学变化中的质量守恒，则上述测量结果存在关系式是：　 　 。
14．某化学课外小组同学用如图所示实验探究质量守恒定律。
（1）实验A在瓶底铺一层细沙的目的是 　 　 。此实验过程中产生的现象
　 　 。（写一种即可）
（2）实验B将烧杯放在天平上用砝码平衡，然后倾斜烧杯使硫酸铜溶液与铁钉接触，可观察到铁钉表面有红色固体析出，反应的化学方程式是：　 　 ；一段时间后，再把烧杯放在天平上，天平的指针 　 　 （填“向左偏转”“向右偏转”或“不偏转”）。
（3）有同学得到的错误结论是“C实验说明质量不守恒”。你认为C实验天平不平衡的原因是
　 　 ，以此实验可知，验证质量守恒定律时，对于有气体参加的反应，应在 　 　 容器中进行实验。
15．实验小组的小明、小李进行如图所示实验来验证质量守恒定律。在实验中用电子天平和量筒准确测量出表中测量对象。（实验中操作正确，当时气压下氧气的密度为ρ）
测量对象 测量结果
MnO2 m1
KClO3 m2
试管 m3
▲ m4
量筒内收集气体的体积 V
（1）写出该反应的化学方程式 　 　 。
（2）分析实验结果显示m1+m2+m3＝m4+Vρ，验证了质量守恒定律，那么测量结果为m4的测量对象是指
　 　 。
（3）实验结束后，小明在拆卸装置时闻到刺激性气味，小明说：氧气是无色无味的，有刺激性气味的气体会不会是二氧化硫？小李认为不可能，他的理由是：　 　 。
16．在学习“质量守恒定律”时，某同学查阅到以下材料：
（1）波义耳实验中金属灰比原金属质量增加了，从现在的视角分析这是因为 　 　 。
（2）质量守恒定律的发现过程，带给我们的启示有 　 　 （填序号）。
A.要善于总结前人的成果和经验
B.定量方法是科学研究的重要方法
C.实验的成功与否，只取决于药品的选择
（3）受科学家研究的启发，某同学参照教材中的实验继续深入探究。在白磷燃烧前后质量测定实验中（如图），气球的作用有 　 　 （写一点即可）。
（4）该同学认为，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。你认为该同学得出该错误结论的原因是 　 　 。
17．CO2通入澄清石灰水中能产生明显的现象，因此常用澄清石灰水检验CO2。实验中常用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳，但无明显现象。
【提出问题】能否“制造现象”获得CO2与氢氧化钠发生化学反应的证据？
【实验一】小东设计了如方案一所示的实验，向两个装满二氧化碳的同样规格的瓶中分别注入等量的氢氧化钠溶液和蒸馏水，振荡后放在水平的桌面上。
（1）实验过程中观察到U形管左侧液面 　 　 右侧液面，由此证明CO2能与氢氧化钠发生反应（填“高于”“等于”或“低于”）。
【实验二】小阳查阅资料后设计了如方案二所示的实验，也获得了化学反应的证据。
查阅资料：NaOH易溶于酒精，Na2CO3微溶于酒精且两者都不与酒精反应。
实验步骤：
步骤一：锥形瓶中装入适量的石灰石，分液漏斗中装入适量的稀盐酸，按方案二连接装置，甲试管中装入一定量的10%NaOH水溶液，乙试管中装入等量的10%NaOH酒精溶液。
步骤二：打开分液漏斗活塞和止水夹a、b，分别向甲、乙两试管通入CO2气体。
步骤三：观察甲、乙试管中出现的现象。发现甲试管没有明显现象，乙试管有白色沉淀析出。
（2）实验制取二氧化碳的原理是：　 　 （用化学方程式表示）。
（3）解释乙装置中出现白色沉淀的原因：　 　 。
实验结论：CO2能与氢氧化钠发生反应。
【实验反思】
研习小组通过“制造现象”获得发生化学反应证据的两种方法：
方法一：通过观察反应物的减少。
方法二：通过观察生成物的 　 　 。
18．在实验室，兴趣小组利用石灰石和稀盐酸制取二氧化碳，并对其性质进行研究。
（1）组装制取二氧化碳的发生装置。要求装置可以控制反应的发生与停止，则须选择图甲中的仪器有
　①⑤⑥⑦　 （填序号）。
（2）研究二氧化碳性质。
①如图乙，沿烧杯内壁缓慢倒入二氧化碳，要得出二氧化碳的密度比空气大的结论，预计观察到的现象是 　 　 。
②小平取a和b两支试管，分别加入少量蒸馏水，向b中通入二氧化碳气体。然后，分别滴加少量紫色石蕊试液，观察到b中液体变红色，于是他认为是二氧化碳与水反应产生了酸性物质。但是小红提出疑虑，也有可能是其中的二氧化碳使石蕊试液变红。请你设计实验方案来解决小红的疑虑：　 　 。
19．某兴趣小组参观植物工厂时，发现给不同植物补光时会用不同的色光，却很少用绿光，该兴趣小组开展了如下探究
【提出问题】光的颜色是否会影响光合作用的强弱？
【猜想假设】光的颜色会影响光合作用的强弱
【设计实验】
步骤一：称取200克生长旺盛不带土的佛甲草，放入透明的塑料袋内，通入一定体积人体呼出的气体，袋内放置了一个氧气浓度传感器并密封如图甲。置于室温为 22℃的暗室中。
步骤二：先用200W的LED蓝光灯保持45厘米的距离照射5小时，每隔1小时测得氧气体积分数并记录；
步骤三：接着换用200W的LED红光灯和绿光灯依次照射塑料袋，重复上述实验。将测得数据制作成图乙曲线。
【得出结论】
（1）本实验可以根据 　 　 （选填“氧气体积分数”或“氧气体积分数变化快慢”）判断光合作用的的强弱。选不带土佛甲草为避免土壤中微生物的 　 　 对实验造成影响。
（2）于是小组同学根据图乙得出结论：除 CO2 外其他条件都相同时，三种色光对佛甲草光合作用强弱影响大小关系是 　 　 。
【交流评价】
（3）小组同学有困惑：教材中学到，CO2 是光合作用的原料，随着 CO2 浓度降低，植物光合作用强度越来越弱。但本实验中 CO2 浓度在不断下降；对佛甲草的光合作用强弱却无影响，老师提示科技小组查阅资料：
①查得光合作用强弱与 CO2 浓度关系（如图丙）；
②CO2 在人体呼出气体中的体积分数约为4%，在空气中约
0.03%；
请结合丙图解释本实验中 CO2 浓度对佛甲草光合作用的强弱无影响的原因可能是 　 　 。
20．某同学利用自制实验装置探究外界因素对植物光合作用的影响。
【实验器材】小麦苗、注射器、烧杯、CO2缓释剂、功率相同的LED灯（冷光源）、不同颜色的透明塑料片、秒表。
【实验步骤】
①将新鲜的小麦叶片剪成大小相同的方形叶片若干。
②将方形叶片置于注射器中，吸取一定量水，用橡胶塞堵住注射器小孔，反复拉动活塞。
③将方形叶片取出，分别放入装有相同浓度、相同质量CO2缓释剂的3个烧杯中，每个烧杯放20片，方形叶片均沉于底部。
④分别用红色、蓝色、绿色透明塑料片包裹LED灯，再将3个烧杯分别放置在装置的“适当位置”处，关闭单透玻璃门（光只能从装置内向装置外单向通过）。
⑤闭合开关使LED灯发光，5min后观察并记录各烧杯中方形叶片上浮的数量。
⑥取下透明塑料片重复上述实验步骤。
（1）如图甲所示，进行实验步骤②，目的是 　 　 。
（2）如图乙装置，用“单透玻璃门”替代“木质门或透明玻璃”的优点是 　 　 。
（3）实验步骤④中的“适当位置”指的是 　 　 。
（4）根据图丙实验数据，分析农业生产中大棚塑料薄膜的颜色应选用 　 　 。
21．小温为了探究不同颜色的光对植物光合作用的影响，实验步骤如下：
①取三个相同的无色透明玻璃瓶，设置A、B、C三组实验，分别加入等量且适量的新鲜菠菜叶片和CO2缓冲液（用于维持瓶中CO2含量稳定）。
②分别在导管中注入一滴红墨水，塞上橡皮塞，关闭活塞，控制红墨水初始位置相同。
③分别将装置放在相同强度的红光、绿光和黄光下照射（如图所示）。
④光照相同时间后，红墨水均向_____移动，测得红墨水移动的距离分别为I红、I黄、I绿，且I红＞I黄＞I绿，多次重复实验后，结果相同。
（1）选取等量的菠菜叶的目的是：　 　 。
（2）步骤④中，红墨水均向 　 　 移动（填“左”或“右”）。
（3）根据实验结果，可以得出的结论是：　 　 。
（4）小外查阅资料发现，气孔开放程度会影响植物的光合作用，气孔开放程度越大，光合作用越强。小外做了用不同单色光及次序组合的单色光照射叶片，检测气孔的开放程度，结果如图所示。结合图像可以得出怎样处理能使植物光合作用最强：　 　 。
22．兴趣小组进行光合作用实验，选取生长状况相同的同种植物叶，分成4等份，分别在不同温度下暗处理1小时，接着在相同光照下放置1小时，测定每份叶中有机物质量的变化，制成图甲。回答下列问题。
（1）图乙是28℃时，该植物二氧化碳吸收（释放）随光照强度变化的曲线，则b点所表示的含义是
　 　 。
（2）实验中，叶在28℃时通过光合作用1h产生的有机物量是 　 　 mg。
（3）若温度由28℃升高到29℃，图乙中相应的a点在原位置 　 　 方。
23．番茄又名西红柿，鲜嫩多汁、酸甜可口，深受同学们喜欢。达州市某校生物学社团的同学在劳动实践基地采用大棚种植番茄，在种植过程中，进行了大量探究，请据图分析回答下列问题：
（1）在图1中，番茄叶片在上午9时进行的生理活动有 　 　 。（填字母）
（2）为探究影响番茄植株光合作用的因素，该社团同学设计了如图2所示的实验装置，选择甲乙进行对照，可探究 　 　 这一因素对番茄植株光合作用的影响。
（3）如图3为24小时内番茄叶片释放或吸收二氧化碳的量随时间变化的曲线图，经分析DE段光合作用释放氧气的量 　 　 （填“＞”、“＜”或“等于”）呼吸作用吸收氧气的量。
24．某校生物兴趣小组得知农户家的大棚菠菜长势不好，开展调查，先在大棚中选取长势相同的新鲜菠菜苗若干，构建如图一所示装置（CO2缓冲液能吸收和释放CO2，维持密闭装置内CO2浓度的稳定），开展探究活动，记录数据如表所示。为更好地帮助农户家提高产量，该小组的同学还测定了二氧化碳浓度的变化情况，绘制如图二所示曲线。请分析：
组别 光照强度（勒克斯） 液滴移动（毫升/小时）
1 0 左移2.2
2 10000 右移1.1
3 20000 右移3.4
4 30000 右移1.8
（1）为了防止光照引起装置内气体的膨胀或收缩所造成的误差，必须要设置对照。那么对照组装置内应放置 　 　 。
（2）若要更精确地探知菠菜生长的最适宜光照强度，应怎样操作 　 　 。
（3）图二中有机物积累最多的点是 　 　 。
25．到19世纪末，经几代科学家对光合作用的不断探索，得到结论：光合作用反应物是H2O和CO2产物是O2和有机物。为了探究产物O2中的O元素来源，科学兴趣小组从元素守恒的角度进行了猜想。猜想一：O2全部来源于CO2；猜想二：O2全部来源于H2O；猜想三：O2同时来源于两者。为了求证，他们查阅资料如下：
资料1：19世纪末，科学家普遍认为气体之间更容易转化，认为CO2在光的作用下被分解成CO和O2，所以O2来自于同为气体的CO2。
资料2：1937年，英国化学家希尔通过实验发现：离体叶绿体在光照条件下使水分解，释放出O2。
资料3：1939年，已经发现了氧的同位素。美国科学家鲁宾、卡门利用18O标记的和C18O2分别培养小球藻，光照相同时间后，检测甲、乙两试管中产生的氧气是否含18O，如图所示。
根据所学知识，结合资料回答下列问题：
（1）写出小球藻光合作用的化学反应式或方程式：　 　 。
（2）资料2的实验结论 　 　 （填“支持”或“不支持”）资料1的观点；
（3）根据资料3的实验结果，分析可得猜想 　 　 成立。
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