聚焦主題式學習試題

王鑫

2024年遼寧省初中學業水平考試化學樣卷第13題是主題式學習試題，該試題圍繞四種情境下制取氧氣的方法，體現了“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容，體現了“一道題就是一節課”的理念，旨在鍛煉同學們的探究能力。

原題再現

氧氣是我們賴以生存的物質，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，發生反應的化學方程式為??____________。圖1中，可選擇的氣體發生裝置是______。

（3）使用圖1中C裝置收集O2，當觀察到導管口有______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。該曲線能幫助同學們確定把導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生大量O2。其中MnO2作催化劑，它改變了反應的______。

（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，科學家已經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1名宇航員平均每小時消耗30 gO2，則每小時參加反應的CO2的質量至少為______g。

【歸納總結】

（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習試題。

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

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

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

（4）數據傳感器的特點在于實時監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反應里能改變其他物質的化學反應速率，而本身的質量和化學性質在反應前后都沒有發生變化。

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

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

（8）根據質量守恒定律，化學反應前后元素的種類不變，因此產生氧氣的反應，反應物中必然包含氧元素。

答案：（1）-2 氧氣（或O2） （2）[2KMnO4? ? △? ? K2MnO4+MnO2+O2↑] A （3）連續均勻氣泡 （4）該曲線可以幫助我們根據所需氧氣的濃度，確定什么時間把導管從集氣瓶中拿出（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，某校化學興趣小組以“探究空氣的奧秘”為主題開展項目式學習。

【任務一】認識空氣的組成

（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點有______。

A.生成物氧化汞是固體

B.不和空氣中的其他物質發生反應

C.生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣

D.能將密閉裝置內空氣中的氧氣幾乎耗盡

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

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

【任務二】保護空氣

（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.禁止焚燒農作物秸稈和垃圾

B.大力植樹造林

C.大力發展煤炭發電

D.用清潔能源代替化石燃料

【任務三】探究空氣中氧氣的性質

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

（5）為探究鐵絲燃燒所需的氧氣體積分數，某化學興趣小組使用直徑為0.38 mm的細鐵絲，分別在不同體積分數的氧氣中點燃，現象和數據記錄如下表：

【結論】就0.38 mm的細鐵絲而言，能使其燃燒的氧氣最小體積分數x的取值范圍是____________。

（6）上述實驗中需要收集不同體積分數的氧氣，若某同學預先向容積為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，則該同學收集到的氧氣體積分數約為______%。（計算保留整數）

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

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行燃燒實驗并記錄現象，分析得出結論

（作者單位：沈陽市第七中學）