Question

14．某校化學研究性學習小組在學習了“空氣中氧氣含量測定”的基礎上，改進了教材中的實驗，設計出了如圖所示的實驗裝置．

實驗步驟如下：
①如圖所示，連接儀器，檢查裝置的氣密性，發現裝置的氣密性良好．
②在集氣瓶里裝進適量a體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（白磷燃燒所需要的最低溫度是40℃），并在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，按圖示裝置把集氣瓶中的空氣密封起來，把長導管的另一端放入盛有足量水的燒杯中．（注：集氣瓶內的長導管已伸到了瓶底）
③用力把預先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，產生大量白煙，同時放出大量的熱．（注：白磷與紅磷燃燒的產物、現象均相同）
④待白磷燃燒熄滅后，稍加振蕩，白煙消失．
⑤待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c．
⑥根據a、b、c三個數據，計算出空氣中氧氣的體積分數．
根據以上信息，回答下列問題．
（1）集氣瓶中白磷燃燒的符號表達式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（2）在白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降后上升
（3）若實驗非常成功，當c為500mL，a=100mL，則b=180mL．
（4）組內成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進適量a體積的水”非常不理解．咨詢了組長小明之后，他終于明白“a體積的水”的作用，其一是為了加快⑤步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出．
（5）在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現象的出現，會導致實驗測定的氧氣含量大于理論值的是B
A、裝置氣密性不好
B、實驗前集氣瓶里預先裝的水并不是a體積
C、集氣瓶沒有冷卻到室溫
D、用紅磷代替白磷（紅磷燃燒所需要的最低溫度在240℃左右）

Answer 1

分析 （1）嚴格按照化學方程式的書寫規則進行書寫；
（2）根據白磷燃燒時瓶內氣體體積的變化情況進行解釋；
（3）根據空氣中氧氣的含量與白磷燃燒只消耗氧氣的性質進行分析；
（4）圍繞“白磷燃燒時集氣瓶內壓力增大過度，會使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出”這一因素進行分析；
（5）根據集氣瓶內氣壓的變化情況進行判斷．

解答 解：（1）集氣瓶中白磷燃燒的符號表達式：4P+5O₂   $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$ 2P₂O₅；
（2）白磷燃燒時會放出大量的熱，集氣瓶內空氣受熱體積膨脹，氣壓增大，使集氣瓶內的水沿玻璃管流入燒杯內；燃燒停止后，溫度下降，瓶內氣壓減小，燒杯中的水就會沿著玻璃管再流入集氣瓶內；
（3）白磷燃燒只消耗空氣中的氧氣：，集氣瓶內空氣為500-100=400mL，由于氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，所以消耗掉氧氣的體積為80mL，則燒杯中的水會進入集氣瓶內約80mL，所以集氣瓶內水的總體積為100+80=180mL．
（4）集氣瓶內預先裝入適量的水，使白磷燃燒時集氣瓶內氣壓不會過度增大，不至于使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出．
（5）“裝置氣密性不好”與“集氣瓶沒有冷卻到室溫”都會導致進入集氣瓶內水的體積減少，從而導致實驗最后產生的實際值小于理論值；用紅磷代替白磷后生成物仍然是只有五氧化二磷生成，所以不影響實驗結果；如果實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水，會使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出，從而導致瓶內氣壓減小幅度過大，使進入水的體積變大，所以實驗最后產生的實際值大于理論值．
答案：
（1）4P+5O₂   $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$ 2P₂O₅；
（2）先下降后上升；
（3）180；
（4）防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出；
（5）B

點評 空氣中氧氣含量的測定也是中考考查的一個熱點，重點考查實驗過程中看到的現象以及導致實驗結果偏大或偏小的原因．未來中考對該實驗的考查將會不斷創新，例如，在藥品上，用NaOH溶液代替水，則用木炭、硫粉等代替紅磷也可以完成該實驗；在熱源上用電阻絲通電產生熱量、用放大鏡匯聚太陽光產生能量代替酒精燈完成實驗；在裝置上用注射器、活塞、圓筒狀玻璃容器、U型管等．但不管如何創新，同學們只要深刻理解該實驗的原理，即可順利解題．