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第14讲空气和氧气
一、选择题：本大题共15小题，共60分。
1.下列利用空气中某成分物理性质的是( )
A. 氧气可以供给呼吸 B. 氮气可以制造化肥
C. 干冰用于人工降雨 D. 稀有气体用作保护气
2.在“烹饪与营养”实践活动中（如图所示），灶内的木材燃烧一段时间后火焰变小，某同学用长木棒挑开木材堆后，火焰重新变旺，这是因为（）
A. 灶内的木材变更多 B. 木材的着火点降低 C. 木材接触更多空气 D. 木材的导热性变强
3.下列有关氧气的实验操作，正确的是（）
A. 制取氧气 B. 干燥氧气
C. 氧气验满 D. 氧气性质检验
4.小金通过实验室制取和收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
5.木炭燃烧实验如图所示，则下列说法正确的是（）
A. ①中木炭发出耀眼的白光 B. ②中氧气为无色气体，密度比空气小
C. ③中澄清石灰水会变浑浊 D. 对比①②现象可证明，氧气具有可燃性
6.有些实验操作的“先”与“后”决定了实验的成功和安全。下列加热高锰酸钾并用排水法制取氧气的实验中，先后操作正确的是（）
A. 先将试管固定好，再放置酒精灯的位置 B. 先向试管中加高锰酸钾，后检查气密性
C. 先将导管伸入集满水的集气瓶，后加热 D. 先从水槽里将导管移出，后熄灭酒精灯
7.在中学科学实验中，往往一种实验装置有多种用途，关于如图所示装置的用途，下列说法不正确的是( )
A. 用排空气法集气：收集O2时，气体从装置的短管端通入
B. 用排水法集气：收集H2时，瓶内先装满水，气体从短管端通入
C. 用排空气法集气：收集CO2时，气体从装置的长管端通入
D. 证明CO中含CO2：装置内盛装澄清石灰水，气体从长管端通入
8.测定空气中氧气含量(体积分数)的实验装置如图所示，操作步骤如下：先用弹簧夹夹住乳胶管；将燃烧匙中的红磷点燃后，迅速伸入集气瓶中并塞上瓶塞；待红磷熄灭，且集气瓶冷却后，打开弹簧夹，观察瓶内水面上升情况。若实验完毕后，进入集气瓶内水的体积明显小于瓶内原来空气体积的1/5，则下列解释中不合理的是( )
A. 可能使用的红磷量不足，瓶内氧气没有完全消耗
B. 可能未塞紧瓶塞，冷却时外界空气进入瓶内
C. 可能未等集气瓶冷却至室温，就打开了弹簧夹
D. 可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内部分空气受热从导管逸出
9.某无色气体可能由H2、CH4、CO、CO2中的几种组成。将这些混合气体通过过量的澄清石灰水，出现白色浑浊；将剩余气体导出，经干燥后点燃，罩在火焰上方的干燥烧杯内壁有水珠生成。该混合气体的可能组成是 （ ）
A. H2、CH4 B. H2、CO C. H2、CH4、CO D. CH4、CO、CO2
10.秀秀利用下列装置对CO2进行处理，其中不能达到实验目的的是（ ）
A. 干燥CO2气体 B. 收集CO2气体 C. 吸收CO2气体 D. 检验CO2气体
11.如图是实验室制取气体的部分装置示意图，下列说法正确的是（）
A. 用过氧化氢溶液制取O2，可选用装置②④组合
B. 用装置①制取CO2，分液漏斗中应装稀硫酸
C. 用装置③收集CO2，气体应从管口c通入
D. 要做铁丝燃烧实验，用④收集O2时建议留部分水
12.一支蜡烛(足量)在如图1所示密闭装置内燃烧至熄灭，用仪器测出这一过程中瓶内氧气含量的变化如图2所示。下列判断正确的是( )
A. 蜡烛燃烧前装置内只有氧气
B. 氧气浓度小于一定值时，蜡烛无法燃烧
C. 在蜡烛燃烧前，可用带火星的木条检验集气瓶内的氧气
D. 蜡烛熄灭后瓶内只剩二氧化碳气体
13.已知白磷的着火点是40℃，红磷的着火点是240℃。如图实验，三支试管里面充满氮气，初始温度25℃，升温至60℃后，用注射器同时向②③试管中迅速注入足量氧气。下列说法有误的是（）
A. 只有②中有燃烧现象
B. 由①②现象说明可燃物达到着火点未必燃烧
C. 若继续水浴升温，则③中一定会燃烧
D. 该实验能总结出燃烧的条件
14.小科利用如图所示装置测定空气中氧气的含量，广口瓶内的暖宝宝贴（主要成分为铁粉、木炭、食盐）的热量来源于铁粉的氧化。实验开始前装置如图所示（广口瓶的容积为250mL，瓶内装有20mL的水），实验后测量从量筒中流入广口瓶中的水的体积（铁粉生锈消耗的水忽略不计）。下列分析合理的是（）
A. 暖宝宝贴中的铁粉会通过锈蚀这一剧烈的氧化反应消耗氧气
B. 只将暖宝宝贴替换成硫粉也能完成测定空气中氧气含量的实验
C. 将暖宝宝贴中的物质均匀地涂抹在广口瓶内壁上，能增大反应的面积，使进入广口瓶的水更多
D. 实验结束后流入广口瓶中水的体积为40mL，可能是暖宝宝贴的使用数量不足引起的
15.某化学兴趣小组用如图所示的装置来制取干燥的氧气，并测定H2O2溶液中溶质的质量分数。装置气密性良好，图Ⅰ中的锥形瓶内盛有质量为m的H2O2溶液，燃烧匙内装有二氧化锰，燃烧匙可以上下移动，干燥管内装有足量碱石灰（CaO和NaOH的混合物）。下列说法正确的是 （ ）
A. 将装置Ⅰ分别与装置Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ连接，均能达到实验目的
B. 称量装置Ⅰ反应前及完全反应冷却后的质量，可计算出H2O2溶液中溶质的质量分数
C. 若用装置Ⅳ收集氧气，可将带火星的木条放置在b导管口处验满
D. 若用装置Ⅴ测量生成氧气的体积，集气瓶上方原有的空气会使测量结果偏大
二、填空题：本大题共2小题，共12分。
16.用如图装置验证燃烧的条件（已知白磷的着火点为40℃）。实验现象记录如下：
甲中白磷 乙中白磷
滴入H2O2溶液前 不燃烧 不燃烧
滴入H2O2溶液后 不燃烧 燃烧
（1）丙中反应的化学方程式为________________。
（2）滴入H2O2溶液后，甲中白磷未燃烧的原因是______________________________________________________________________________。
（3）能证明可燃物燃烧需要与氧气接触的实验现象是_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
17.化学是一门以实验为基础的自然科学。结合下列实验装置图回答有关问题。
（1）A装置中仪器a的名称是________。
（2）通常状况下，H2S是一种密度比空气大、有臭鸡蛋气味的有毒气体，能溶于水。实验室用块状的硫化亚铁与稀硫酸发生复分解反应制取硫化氢气体。
①制取H2S气体的发生装置可选用________（填字母序号）。
②若用C装置来收集H2S，气体应从________端（填“a”或“b”）进入集气瓶。
（3）某化学兴趣小组用图2装置探究MnO2、CuO对过氧化氢分解的催化效果，设计的方案和记录的数据如下表所示：
实验序号 过氧化氢溶液 催化剂 收集50 mL O2所用时间
实验1 30 mL 2% 粉末状MnO2 0.2 g 21 s
实验2 30 mL 2% 粉末状CuO a g 47 s
①表格中a的值为________。
②实验1中制取氧气的化学反应方程式为_______________________。
③结论：MnO2对过氧化氢分解的催化效果比CuO好，得出该结论的依据是______________________________________________________________________________。
三、实验探究题：本大题共10小题，共80分。
18.有些物质之间能发生化学反应但无明显现象，为确定两物质间反应是否真正发生，甲同学选取了课题“二氧化碳气体通入氢氧化钠溶液时，它们之间是否发生了化学反应？”进行了如图所示的科学探究。
（1）甲同学确定两物质间反应是否发生的证据： 。
（2）某同学质疑上述实验设计，质疑的依据是 。
19.实验室提供H2O2溶液、二氧化锰、KClO3和KMnO4四种药品及下列装置。
A B C D
根据要求回答下列问题。
(1)根据提供的药品，写出一种实验室制取O2的化学方程式：___________________________________________________。
(2)选择装置B和C制取氧气的主要步骤有①将导气管移出水槽；②加热；③装药品；④收集；⑤熄灭酒精灯；⑥检查装置气密性。正确的操作顺序为 。
20.请你根据下列实验装置图回答问题。
(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 (填字母)。
(2)实验室若用块状固体和液体且不需要加热来制取气体，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 。
21.如图所示是研究二氧化碳性质的创新实验装置，①③为湿润的紫色石蕊试纸，②为干燥的紫色石蕊试纸。
（1）装置甲中能说明二氧化碳的密度比空气大的实验现象是 。
（2）取出装置甲中①处的变红的石蕊试纸微热，发现石蕊试纸由红色变回紫色，其原因是 （用化学方程式表示）。
22.某实验小组设计了如图所示的实验装置。
（1）甲同学认为若Ⅱ装置中装满水，可用于制取并收集氧气。请写出K1、K2的开关顺序：
。
（2）乙同学认为可以利用Ⅰ、Ⅲ装置验证二氧化碳的性质。若广口瓶B中盛放二氧化碳，分液漏斗A中盛放氢氧化钠溶液，烧杯中盛放稀盐酸，验证二氧化碳能与氢氧化钠发生反应，他的操作为 ，最终他看到烧杯中稀盐酸倒流入广口瓶B中，且有气泡产生。
（3）丙同学认为将Ⅲ的烧杯换成量筒，Ⅱ中的广口瓶装满水，则可以利用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ装置测定氢氧化钠样品中含碳酸钠杂质的质量分数，丙同学测定方法利用的化学方程式是 ，你认为此方案是否可行，并简述理由： 。
23.科学课堂上，科学兴趣小组开展了“测定空气中氧气含量”的实验活动。
（1）图甲装置的不足之处：燃烧和密闭不能同步，即将燃着的红磷伸进集气瓶的过程中，有一部分空气因受热膨胀而在瓶塞塞紧前就已经逸出。在其他操作均正确的情况下，会使测得氧气体积分数 （选填“大于”“等于”或“小于”）。
（2）图乙是图甲的改进装置。实验中观察到压强传感器示数随时间变化曲线如图丙所示，则a点前压强增大的原因是 。
（3）查阅资料可知，在测定空气中氧气含量时，利用铁的缓慢氧化，可将空气中氧气含量消耗至0.2％。如图丁所示，将足量细铁丝固定于试管底部，并倒扣在装有水的烧杯中，充分反应后观察到的现象是 。
24.小嘉用H2O2溶液制取氧气时，在烧瓶中加入50毫升水及0.5克MnO2，再往分液漏斗中加入30毫升15%的H2O2溶液。为什么要加入50毫升水呢？查阅资料发现：在不加入水时，若注入H2O2溶液速度过快，反应会过于剧烈而引发事故。
【提出问题】水是如何减缓该反应速度的呢？
【建立假设】水可以降低H2O2溶液的浓度，从而减缓反应速度。
【实验方案】他利用如图所示的装置，在相同条件下，分别用30毫升的1%、3%和7%的H2O2溶液进行实验，观察并比较。
【实验结论】加水降低了H2O2溶液的浓度，使反应速度变慢。
【交流反思】
(1)为了更好地比较反应的快慢，需控制三次实验中滴加H2O2溶液的 相同。
(2)判断产生氧气的速度时，可以通过观察产生气泡的快慢，还可以比较 。
【继续探究】(3)针对提出的问题，他又利用如图装置，用3%的H2O2溶液分别在0 ℃、20 ℃和60 ℃的条件下进行实验。进行该实验所基于的假设是 。
25.将燃烧的蜡烛放入图甲装置中，一段时间后，蜡烛会慢慢熄灭。兴趣小组探究其原因的过程如下（气体的含量用体积分数表示）：
（1）甲同学认为，蜡烛熄灭是装置内的氧气被消耗完了。他设计了图乙的实验装置，待蜡烛熄灭后，用凸透镜聚焦太阳光使白磷的温度达到着火点，观察到 现象，从而否定了自己的猜想。他重新实验，测得蜡烛燃烧过程中烛焰附近的二氧化碳含量从0.04％上升到7.4％，氧气含量从21％下降到13.8％。
（2）甲同学又认为可能是二氧化碳含量过高导致蜡烛熄灭。乙同学不赞同，他改变图甲装置中的气体成分，只进行了一次实验，就否定了甲同学的观点。则乙同学进行的实验是 （填字母）。
实验 氧气含量 二氧化碳含量 蜡烛能否燃烧
A 21％ 8.4％ 能
B 21％ 3.4％ 能
C 12.8％ 3.4％ 不能
（3）还有一种观点：随着蜡烛的燃烧，氧气含量下降，产热速度变慢；当产热量小于散热量，烛芯的温度下降至着火点以下，蜡烛熄灭。如果该观点正确，将图甲装置置于温度更低的环境中实验，则测得烛焰附近的氧气含量最小值会如何变化？并解释原因。 。
26.建构合理的思维模型，既能促进深度学习，又能提高思维品质。小科建构了“两组分混合物含量测定”的思维模型。
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究，忽略含量很低的其他物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
(1)【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质，测定混合物中某组分的含量。
将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的 。
(2)【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应，测定混合物中某组分的含量。
按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是 (填“反应刚结束时”或“装置冷却到室温时”)。
(3)【交流评价】已知：在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，规范操作后，测得的氧气含量将 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。
(4)【继续探究】运用上述思维模型，小科又设计了如图乙所示的实验装置，其“测定空气中氧气含量”的原理是_____________________________________________________________________。
27.某科学兴趣小组同学用一组注射器对二氧化碳的制取和性质实验进行了重新设计。
实验一：制取二氧化碳。
（1）实验前拉动注射器的活塞抽取部分空气后连接医用二通阀，旋紧二通阀旋钮，使气流无法通过该处，用力向上推动注射器活塞（如图①所示），活塞被向前推动一段距离，松手后若发现 （填现象），则说明气密性良好。
实验二：二氧化碳的检验与吸收。
（2）按如上步骤进行实验，对比⑥中注射器活塞位置出现 现象，即能得出氢氧化钠溶液吸收CO2的能力比澄清石灰水更强。
（3）你认为该兴趣小组的改进装置有何优点： （答一点即可）。
四、分析计算题：本大题共1小题，共8分。
28.过氧化氢溶液保存时，因缓慢分解导致质量分数变小（化学方程式为2H2O2＝2H2O＋O2↑）。为探究酸碱性对过氧化氢分解快慢的影响，小明利用如图甲所示装置，每次实验往锥形瓶中加10g浓度为30％过氧化氢溶液，再滴加调节剂，使其pH分别从3依次调至13，在60℃反应温度下进行实验，获得数据如图乙所示。
（1）根据本实验结果，对实验室常温保存过氧化氢溶液提出合理的建议：__________________________________________________________________________。
（2）某次实验中，当10g溶质质量分数为30％的过氧化氢溶液分解产生0.32g氧气时，剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数为多少？（滴加的试剂对溶液质量的影响忽略不计，计算结果精确到1％）
答案和解析
1.【答案】C
【解析】略
2.【答案】C
【解析】略
3.【答案】D
【解析】略
4.【答案】A
【解析】略
5.【答案】C
【解析】略
6.【答案】D
【解析】略
7.【答案】A
【解析】略
8.【答案】D
【解析】略
9.【答案】D
【解析】略
10.【答案】B
【解析】略
11.【答案】D
【解析】略
12.【答案】B
【解析】【分析】
本题难度不大，掌握蜡烛燃烧的实验、质量守恒定律等并能灵活运用是正确解答本题的关键，根据瓶内氧气含量的变化图，反应前瓶内氧气的体积分数约是19%，当氧气的体积分数达到16%时，蜡烛熄灭，说明开始时瓶内含有其它气体，氧气的浓度低于一定值时，蜡烛无法燃烧，据此结合题意、遵循质量守恒定律进行分析判断即可。
【解答】
A.反应前氧气的体积分数是19.56%，说明蜡烛燃烧前装置内不只有氧气，故A错误；
B.当氧气的体积分数达到15.96%时，蜡烛熄灭，说明氧气的浓度小于一定值时，蜡烛无法燃烧，故B正确；
C.在蜡烛燃烧前，瓶内氧气的浓度只有19.56%，不能使带火星的木条复燃，不能用带火星的木条检验集气瓶内的氧气，故C错误；
D.当氧气的体积分数达到15.96%时，蜡烛熄灭，且空气中还有氮气等气体，瓶内不会只剩下二氧化碳，故D错误。
故选B。
13.【答案】C
【解析】略
14.【答案】D
【解析】略
15.【答案】B
【解析】略
16.【答案】（1）2H2O22H2O+O2↑
（2）温度未达到白磷的着火点
（3）滴入H2O2溶液前，乙中白磷不燃烧，滴入H2O2溶液后，乙中白磷燃烧
【解析】略
17.【答案】（1）酒精灯 （2）①B ②b （3）①0.2 ②2H2O2O2↑+2H2O ③相同条件下在MnO2催化过氧化氢产生50 mL O2所用时间更少
【解析】略
18.【答案】试管内液面上升（或液体进入试管中）
二氧化碳能溶于水且能与水反应生成H2CO3
【解析】略
19.【答案】(1)2KClO32KCl＋3O2↑(或2H2O22H2O＋O2↑或2KMnO4K2MnO4＋MnO2＋O2↑)
(2)⑥③②④①⑤
【解析】略
20.【答案】(1)AD
(2)可以控制反应的发生和停止
【解析】略
21.【答案】装置甲中③的湿润紫色石蕊试纸比①的湿润紫色石蕊试纸先变红
H2CO3 CO2↑＋H2O
【解析】略
22.【答案】先打开K2，关闭K1，一段时间后再打开K1，关闭K2
关闭K1、K2，打开K，将氢氧化钠溶液滴入广口瓶中，然后关闭K，充分反应后再打开K2
Na2CO3＋2HCl＝2NaCl＋H2O＋CO2↑
不可行，因为CO2可溶于水，无法准确测量生成的CO2的体积
【解析】略
23.【答案】大于
红磷燃烧放出热量，造成装置内的气体受热膨胀，由此增大的气压大于消耗氧气减小的气压
铁丝表面有红色物质生成，试管内液面上升，上升体积约占试管内空气总体积的
【解析】略
24.【答案】（1）速度
（2）相同时间内收集到氧气的体积
（3）水可以降低温度，减缓反应的速度
【解析】略
25.【答案】白磷燃烧
A
大于13.8％（或变大）低温环境中，烛焰散热快，降温快，为了维持蜡烛燃烧，需要增加产热，所以需要浓度更高的氧气
【解析】略
26.【答案】(1)分离转移
(2)装置冷却到室温时
(3)偏小
(4)铜和装置中的氧气反应，生成氧化铜固体，待装置内的气体冷却到室温时，注射器内减少的体积即为装置内氧气的体积，氧气的体积与反应前装置内气体的总体积之比即为氧气的含量
【解析】略
27.【答案】活塞自行回到原位置（合理即可）
注射器B活塞上移的距离大于注射器A
药品用量少，节约药品（或便于定量研究，方便收集气体等合理即可）
【解析】略
28.【答案】（1）在pH约为3～5的酸性条件下保存
（2）设当产生0.32g氧气时，消耗掉过氧化氢的质量为x。
2H2O2＝2H2O＋O2↑
68 32
x 0.32g
，解得 x＝0.68g。
剩余过氧化氢质量m＝10g×30％-0.68g＝2.32g，剩余过氧化氢溶液的溶质质量分数为。
【解析】略
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