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专项(六) 密闭容器内压强变化的探究
类型一 温度变化引起的压强变化
角度1 检查装置的气密性
1.如图G6-1是检查装置气密性的过程。最终在F处观察到的现象是 ( )
图G6-1
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
角度2 物质溶于水引起的温度变化
2.[2017·南京节选]溶液在生产、生活中起着十分重要的作用。请回答下列问题。
(4)按如图G6-2所示装置,将液体X注入装有固体Y的试管中,会导致U形管中右端液面升高。则可能的组合是 。
图G6-2
选项
X
Y
A
水
氧化钙
B
水
硝酸铵
C
浓硫酸
水
D
稀盐酸
镁
3.仔细阅读下面的探究实验信息,回答相关问题。
[实验目的]探究溶解过程中,溶液温度的变化情况。
[查阅资料](1)物质溶解于水的过程包括吸收热量(Q吸)的扩散过程和放出热量(Q放)的水合过程。
(2)实验条件下,水的凝固点为0 ℃,沸点为100 ℃。
[提出猜想]物质溶解过程中,溶液的温度可能升高、降低或不变。
[实验探究]某探究小组的同学设计了如图G6-3甲、乙所示的两种方案。在图乙所示方案中,每次加入物质b之前均使用温度计测量热水温度,使之保持在99 ℃。
图G6-3
[实验结论]
(1)图甲所示实验中,若加入物质a后,发现玻璃片与烧杯底部之间的水结冰,说明溶液的温度 (填“升高”“降低”或“不变”,下同)。
(2)图乙所示实验中,若加入物质b后,热水突然沸腾,说明溶液的温度 。
[拓展实验]按照图丙所示进行实验。若物质c为NaOH,则U形管内的左边液面将 (填“高于”“低于”或“等于”)右边液面;若U形管内的液面位置变化与之相反,则物质c为 (填序号)。
①CaO ②NH4NO3 ③浓硫酸
[反思交流]
(1)该小组的同学进一步就物质溶解过程中溶液温度变化的原因展开了讨论,分析得出:若Q吸 (填“>”“<”或“=”,下同)Q放,则溶液温度升高;若Q吸与Q放的相对大小与之相反,则溶液温度降低;若Q吸 Q放,则溶液温度不变。
(2)在图乙所示方案中,小张同学对实验现象很感兴趣,他继续向热水中加入相同质量的物质b,又看到沸腾现象,至烧杯中出现固体物质后,再继续加入相同质量的物质b,就看不到沸腾现象。请解释不再产生沸腾现象的原因:
。
类型二 气体体积变化引起的压强变化
角度1 检查装置的气密性
4.用推拉注射器活塞的方法检查图G6-4甲装置的气密性,并用传感器测量装置中锥形瓶内压强的变化,图像记录如图乙所示。则下列说法正确的是 ( )
图G6-4
A.0~20 s 时,瓶内气体分子间的间隔变小
B.由 0~20 s 的图像可知,该同学的操作是向外拉动注射器的活塞
C.由 20~80 s 的图像可知,该同学推(拉)注射器活塞后,立刻松手
D.若锥形瓶中装有氢氧化钠固体,注射器中装有水,则只要测量出锥形瓶内压强增大即可证明氢氧化钠溶于水放出热量
角度2 空气成分的测定
5.[2017·徐州]磷的燃烧反应在生产生活中有着广泛的应用价值。
图G6-5
(1)红磷在空气中燃烧能冒出浓厚的白烟,军事上常用来制烟幕弹。红磷燃烧的化学方程式为 。
(2)某同学利用燃磷法测量空气中氧气含量,实验过程如图。他测得氧气体积分数约是 %,燃烧结束试管里剩余气体主要是 (填化学式)。
角度3 木炭的吸附性
6.如图G6-6所示,向盛有红棕色二氧化氮气体的集气瓶里放几小块木炭,最终观察到红棕色 (填“变深”“不变”或“变浅”),打开弹簧夹后,漏斗中液面 (填“上升”“下降”或“不变”)。其原因为木炭具有 作用,使瓶中气体压强 外界大气压。
图G6-6
7.活性炭有良好的吸附性,可用于防毒面具材料的制备。为研究活性炭在不同条件下对氯气(Cl2)的吸附性能(吸附量越大,吸附性能越好),科学工作者们做了一系列实验得到如图G6-7所示的结果。分析图示可得到的结论是 。
图G6-7
角度4 金属的生锈
8.如图G6-8所示,在盛水的试管中放一根洁净的铁钉,用带U形管的胶塞塞紧,U形管内液面处于同一高度,数天后观察U形管内的水面 ( )
图G6-8
A.a比b高
B.b比a高
C.一样高
D.U形管中的水从b管中全部溢出
9.在研究“铁生锈的条件”的实验中,某兴趣小组对实验进行了创新设计。
[实验目的]铁生锈条件的探究。
[实验内容]取3段光亮无锈的细铁丝,绕成螺旋状,放入3支干燥洁净的试管底部,进行下列实验,实验要保证有足够长的时间来观察现象。
图G6-9
[实验现象]实验①②无明显现象,实验③中铁丝生锈,且试管内空气体积减小。
[实验结论]铁生锈实际上是铁与空气中的 (填名称)共同作用的结果。
[实验思考]
(1)当铁丝足量,时间足够长,实验③进入试管内的水的体积约占试管体积的 。
(2)本实验可根据铁丝表面的铁锈和 两种现象来判断铁丝反应进行的情况。
(3)金属资源储量有限且不能再生,每年都有大量的金属因锈蚀而损失,请写出一条防止铁生锈的方法:
(答一点即可)。
角度5 二氧化碳性质的考查
10.取三套如图G6-10甲所示的相同的装置、连接好装置和压强传感器。气密性良好的烧瓶内均充满CO2,三位同学同时分别用注射器向烧瓶中迅速注入等量的水、饱和石灰水和40%的氢氧化钠溶液,关闭活塞,一段时间后再振荡烧瓶。观察传感器所示气压变化如图乙所示,下列说法正确的是 ( )
图G6-10
A.曲线2代表加入的是水
B.AB段气压增大的原因之一是液体的添加使气体体积缩小
C.曲线1中CD段气压急速减小的原因可能是装置漏气
D.吸收CO2用石灰水较合适
11.某校化学课外小组的同学,利用塑料瓶(质软)设计了如图G6-11所示的实验。请你根据生活经验及所学的知识,结合实验回答下列问题。
图G6-11
(1)请你分析并推测振荡后塑料瓶将发生什么变化? 。
(2)发生该变化的原因是什么? 。
(3)由此实验你可得出什么结论? ,要得出这个结论还有很多方法,你设计的方法是 。
类型三 综合类型
12.如图G6-12所示,烧瓶内盛有X气体,若挤压滴管的胶头a,使液体Y进入烧瓶中,振荡烧瓶,并倒放在铁架台上,将导管伸入滴有Z的水中,打开弹簧夹b,可见烧杯中的液体如喷泉一样喷入烧瓶中,并出现颜色的改变,则X、Y、Z可能是 ( )
图G6-12
选项
X
Y
Z
A
O2
H2SO4
紫色石蕊试液
B
CO2
H2O
无色酚酞试液
C
CO
Ca(OH)2
紫色石蕊试液
D
CO2
NaOH
无色酚酞试液
13.如图G6-13所示,将液体X逐滴加入集气瓶中与固体Y作用,可观察到气球逐渐变大。下表中液体X和固体Y的组合,符合题意的是( )
图G6-13
①
②
③
④
⑤
X
双氧水
稀硫酸
水
水
稀盐酸
Y
二氧化锰
碳酸氢钠
氢氧化钠
硝酸铵
铁粉
A.①②③④ B.①③④ C.①②③⑤ D.②③④
14.如图G6-14所示,装置气密性良好,广口瓶内装有某种固体,向其中滴加某种液体后,U形管内液面a低于b,不符合上述实验现象的一组试剂是 ( )
图G6-14
A.生石灰和水 B.铁粉和稀盐酸 C.硝酸铵和水 D.纯碱和稀盐酸
15.[2018·衡阳]如图G6-15所示,用胶头滴管向装有固体的广口瓶中滴加液体,能使气球变大,则使用的固体和液体可能是(请写出三种组合):
图G6-15
(1) 。
(2) 。
(3) 。
【参考答案】
1.C [解析]松开手后,由于装置中的气体遇冷收缩、压强变小,会在导管里形成一段水柱,丙图正确。
2.(4)AD
[解析]若使U形管中右端液面升高,则必使大试管内气压增大。水与氧化钙反应时放出热量,符合条件;硝酸铵溶于水时吸热,溶液温度降低;浓硫酸虽然溶于水时放热,但浓硫酸为液体,不符合条件;稀盐酸与镁反应属于放热反应。
3.[实验结论] (1)降低 (2)升高
[拓展实验] 低于 ②
[反思交流] (1)< = (2)烧杯中出现固体物质后,说明溶液达到饱和状态,再继续加入相同质量的物质b,不能再溶解放热
[解析][实验结论] (1)若加入物质a后,发现玻璃片与烧杯底部之间的水结冰,说明溶液的温度降低。(2)若加入物质b后,热水突然沸腾,说明溶液的温度升高。
[拓展实验] 若物质c为NaOH,氢氧化钠溶于水放热,装置内的气压升高,则U形管内的左边液面将低于右边液面;若U形管内的液面位置变化与之相反,则物质c溶于水吸热。①CaO和水反应放出大量的热;②NH4NO3溶于水吸热;③浓硫酸溶于水放出大量的热。
[反思交流] (1)若Q吸<Q放,则溶液温度升高;若Q吸与Q放的相对大小与之相反,则溶液温度降低;若Q吸=Q放,则溶液温度不变。(2)继续向热水中加入相同质量的物质b,又看到沸腾现象,至烧杯中出现固体物质后,说明溶液达到饱和状态,再继续加入相同质量的物质b,不再溶解放热,因此就看不到沸腾现象。
4.B [解析]0~20 s时,瓶内压强变小是因为注射器活塞向外拉动造成的,气体分子间的间隔变大;由 0~20 s的图像可知,该同学的操作是向外拉动注射器的活塞;由 20~80 s的图像可知,锥形瓶内压强没有改变,即该同学拉注射器活塞后,没有松手;锥形瓶内压强增大,也可能是推动注射器的活塞造成的。
5.(1)4P+5O22P2O5
(2)18 N2
[解析](1)磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷。(2)进入试管内的水的体积为消耗的氧气体积,也就是50 mL空气中含有9 mL氧气,所以他测得氧气体积分数约是9 mL50 mL×100%=18%;空气主要是由氮气与氧气组成的,氧气被消耗后剩余的气体主要是氮气。
6.变浅 上升 吸附 小于
[解析]由于木炭具有吸附性,会吸附红棕色的二氧化氮气体,气体的颜色会变浅,同时由于气体被吸附,瓶中的压强会减小,在大气压的作用下,漏斗中的液面会上升。
7.在压强一定的条件下,温度越低,活性炭对氯气的吸附性能越好(或在温度一定的条件下,压强越大,活性炭对氯气的吸附性能越好或活性炭对氯气的吸附性能受温度和压强的影响或在实验研究的范围内,压强越大,温度越低,活性炭对氯气的吸附性能越好)
8.A [解析]铁钉与水和氧气充分接触容易生锈,铁钉生锈时消耗了试管中的氧气,从而使得试管内的气体压强减小,在外界大气压的作用下,使得U形管内a处液面上升,b处液面下降。
9.[实验结论] 氧气和水
[实验思考] (1)15 (2)试管内液面上升的程度
(3)涂油
[解析][实验结论] 由实验③可知,铁与氧气和水充分接触时容易生锈。
[实验思考] (1)因为氧气约占空气总体积的五分之一,当试管中的氧气被消耗完后,进入试管内的水的体积约占试管体积的五分之一。(2)从该实验的特点可知,可根据铁丝表面的铁锈和试管内空气体积减小来判断铁丝反应进行的情况,消耗氧气会导致试管内的压强减小,液面会上升,消耗氧气的体积不同,则液面上升的程度不同。(3)控制铁生锈就是控制生锈的条件,采用在铁制品表面涂刷矿物油或镀上其他金属等覆盖保护膜的方法能防止锈蚀。
10.B [解析]曲线1反应最弱,吸收的二氧化碳最少,曲线1代表的是水;曲线AB段呈现上升趋势可能是由于注射器中的液体迅速注入烧瓶,导致气体的体积缩小,气压增大;曲线1中CD段气压急速减小的原因可能是振荡烧瓶加速了反应的进行,使瓶内气压急速减小;根据曲线3可知,其代表的反应吸收的二氧化碳最多,曲线3代表的是氢氧化钠溶液,通常选用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳。
11.(1)塑料瓶变瘪
(2)瓶内压强变小
(3)二氧化碳能溶于水 向一个盛有二氧化碳的集气瓶中加入适量的水,盖上玻璃片后振荡,将集气瓶倒转,玻璃片不会掉下来
12.D [解析]氧气与硫酸不反应,烧瓶中的压强不变,不会出现液体上升的现象;二氧化碳能溶于水生成碳酸,碳酸呈酸性不能使酚酞试液变色;一氧化碳与氢氧化钙不反应,烧瓶中的压强不变,不会出现液体上升的现象;二氧化碳与氢氧化钠反应生成碳酸钠和水,二氧化碳被消耗,压强变小,液体会上升,碳酸钠溶液呈碱性,能使酚酞试液变红。
13.C
14.C [解析]硝酸铵溶于水吸热,使瓶内气体温度降低,使U形管内液面a高于b。
15.(1)二氧化锰和过氧化氢溶液
(2)石灰石和稀盐酸
(3)锌和稀硫酸
[解析]当装置中的压强增大时,气体会进入气球中,使气球鼓起来。装置中压强增大的原因可能是反应产生气体,使装置中气体增多,压强增大;也可能是装置中温度升高,气体膨胀,压强增大。(1)二氧化锰和过氧化氢溶液接触能生成氧气,使装置中气体增多,压强增大,造成气球变大。(2)石灰石和稀盐酸反应能生成二氧化碳,使装置中气体增多,压强增大,造成气球变大。(3)锌和稀硫酸反应能生成氢气,使装置中气体增多,压强增大,造成气球变大。另外,固体氢氧化钠溶于水时能放出大量的热,氧化钙和水反应时放出大量的热,使装置内的空气受热膨胀,压强增大,造成气球变大。
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