聚焦主题式学习试题

王鑫

2024年辽宁省初中学业水平考试化学样卷第13题是主题式学习试题，该试题围绕四种情境下制取氧气的方法，体现了“无情境不命题”的中考命题基本原则。试题大幅压缩了以往需要机械记忆的内容，体现了“一道题就是一节课”的理念，旨在锻炼同学们的探究能力。

原题再现

氧气是我们赖以生存的物质，人类对氧气制取的探究从未止步。

【拉瓦锡制取氧气】

（1）1774年，拉瓦锡在隔绝空气的装置中加热红色的水银灰（HgO），已知HgO中Hg的化合价为+2，O的化合价为______。他得到了一种能够支持燃烧和供给呼吸的气体，这种气体是______。

【实验室制取氧气】

（2）实验室常用加热高锰酸钾（KMnO4）的方法制取O2，发生反应的化学方程式为  ____________。图1中，可选择的气体发生装置是______。

（3）使用图1中C装置收集O2，当观察到导管口有______冒出时，开始收集。

（4）用图1中D装置收集一瓶O2的过程中，某同学使用O2浓度传感器测定其浓度变化，实验曲线如图2所示。该曲线能帮助同学们确定把导管从集气瓶中拿出的时机，理由是________________________。

【特定条件下制取氧气】

（5）过碳酸钠（2Na2CO3·3H2O2）与MnO2的混合粉末是一种户外急救供氧剂，加入适量水即可快速产生大量O2。其中MnO2作催化剂，它改变了反应的______。

（6）某种家用制氧机的制氧原理：运用分子筛将电机抽入的空气中的N2进行吸附，从而得到高纯度O2。这种制氧机很难用在户外急救供氧，其可能的原因之一是__________________。

【太空上制取氧气】

（7）人类对太空的探索同样需要O2，科学家已经可以利用火星大气中的CO2制取O2，其工作原理为2CO2 [  通电  ] 2CO + O2。假设1名宇航员平均每小时消耗30 gO2，则每小时参加反应的CO2的质量至少为______g。

【归纳总结】

（8）HgO、KMnO4、2Na2CO3·3H2O2、空气、CO2都能制取O2，是因为它们都含有______元素。

破解策略

本题是以制取氧气为主线的主题式学习试题。

（1）根据“在化合物中，各元素化合价的代数和为零”的原则，确认氧元素的化合价为-2。根据题干给出的气体性质，推测氧化汞分解产生氧气。

（2）根据信息书写高锰酸钾制取氧气的化学方程式。分析药品状态和反应条件最终确定装置A作为气体的发生装置。

（3）用排水法收集氧气，导管口开始排出的气体是装置内的空气。当气泡连续均匀冒出时，再开始收集，目的是排尽试管内原有的空气，以防收集的氧气不纯。

（4）数据传感器的特点在于实时监测氧气浓度的变化情况，可利用这一特点收集不同浓度的氧气。

（5）催化剂的特点是在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。

（6）该家用制氧机虽然可以制氧气，但反应需要在电机通电的条件下才能完成，而户外急救很难实现通电，故这种制氧机并不适用于户外。

（7）根据化学方程式可知二氧化碳和氧气的质量变化关系，每88份质量的二氧化碳在通电的条件下可产生32份质量的氧气，因此想要得到30 g氧气，需要消耗82.5 g二氧化碳。

（8）根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，因此产生氧气的反应，反应物中必然包含氧元素。

答案：（1）-2 氧气（或O2） （2）[2KMnO4    △    K2MnO4+MnO2+O2↑] A （3）连续均匀气泡 （4）该曲线可以帮助我们根据所需氧气的浓度，确定什么时间把导管从集气瓶中拿出（其他合理答案均可） （5）速率 （6）户外电源较少（或携带不方便等其他合理答案均可） （7）82.5 （8）氧（或O）

变式探究

空气是人类的宝贵资源，某校化学兴趣小组以“探究空气的奥秘”为主题开展项目式学习。

【任务一】认识空气的组成

（1）在二百多年前，拉瓦锡用汞定量研究了空气的成分，该实验中选择汞的优点有______。

A.生成物氧化汞是固体

B.不和空气中的其他物质发生反应

C.生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气

D.能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽

（2）现在利用如图3装置结合传感器测定空气中氧气含量。实验过程中容器内气体温度和压强的变化趋势如图4所示，请回答下列问题。

请解释刚开始反应时，装置内压强升高的原因：红磷燃烧放热，______。a时刻开始压强突然增大，实验操作是__________________。

【任务二】保护空气

（3）PM2.5是一种常见的空气污染物，如图5是某地PM2.5来源分布图，下列措施有利于降低PM2.5的是______。

A.禁止焚烧农作物秸秆和垃圾

B.大力植树造林

C.大力发展煤炭发电

D.用清洁能源代替化石燃料

【任务三】探究空气中氧气的性质

（4）兴趣小组同学按照如图6所示进行“铁丝在氧气中燃烧”实验，为方便实验，氧气的收集方法应采用______收集。

（5）为探究铁丝燃烧所需的氧气体积分数，某化学兴趣小组使用直径为0.38 mm的细铁丝，分别在不同体积分数的氧气中点燃，现象和数据记录如下表：

【结论】就0.38 mm的细铁丝而言，能使其燃烧的氧气最小体积分数x的取值范围是____________。

（6）上述实验中需要收集不同体积分数的氧气，若某同学预先向容积为400 mL的集气瓶中加入300 mL的水，盖紧玻璃片，倒放在水槽中，再向集气瓶中通入纯氧，收满后立即取出，则该同学收集到的氧气体积分数约为______%。（计算保留整数）

（7）兴趣小組的同学猜想铁丝燃烧时火星四射的现象可能与铁丝的含碳量多少有关，他们选择直径为0.20 mm，含碳量分别为0.1%、0.32%、0.52%的铁丝设计实验并证明猜想，请写出实验方案__________________ （其他有关用品可自行选用）。

答案：（1）ABCD （2）气体受热膨胀，压强增大 打开弹簧夹 （3）ABD （4）排水法 （5）55% < x ≤ 60% （6）80 （7）取直径均为0.2 mm的纯铁丝和含碳量分别为0.1%、0.32%、0.52%的铁丝，分别在纯氧中点燃进行燃烧实验并记录现象，分析得出结论

（作者单位：沈阳市第七中学）