Question

10．在“空氣中氧氣含量的測定”實驗探究中，甲生設計了如下實驗方案：在燃燒匙內盛過量紅磷，點燃后立即插入集氣瓶內，塞緊橡皮塞，待紅磷火焰熄滅，集氣瓶冷卻至室溫，打開彈簧夾，水注入集氣瓶．（實驗裝置如圖1所示）回答下列問題：
（1）實驗過程中，觀察到紅磷燃燒，產生大量的白煙．該實驗得到的結論是氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$，反應的化學符號表達式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）甲生實驗結束后，發現測出的氧氣的體積分數明顯小于$\frac{1}{5}$．
請你參與探究：【提出問題】造成誤差的原因是什么？如何改進課本上的實驗裝置？
【查閱資料】紅磷、白磷的一些性質如下表：

	顏色、狀態	熔點/℃	著火點/℃	密度/（g/cm3）
紅磷	暗紅色固體	590	240	2.34
白磷	白色或黃色固體	44.1	40	1.82

【猜想與假設】
甲同學：可能是導管內原含有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性．
乙同學：可能是瓶內殘留氣體中還有氧氣．
你還能作出的猜想是①裝置的氣密性好；②集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾．
【交流與討論】
（1）木炭也可以在空氣中燃燒，其符號表達式為C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，丙同學認為用木炭代替紅磷，就可以消除誤差，大家認為他的猜想不合理，理由是木炭燃燒生成二氧化碳氣體．
（2）他們對課本上的實驗裝置進行了如圖2所示的改進（其他儀器忽略）．
①甲同學提出應把紅磷換為白磷，理由是白磷的著火點低，比紅磷更容易被引燃．
②通過粗銅絲來點燃玻璃管內的白磷，這利用了金屬銅的導熱性．
③與課本上的實驗裝置相比較，該裝置的一個優點是在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差．

Answer 1

分析 （1）紅磷在空氣中能夠劇烈地燃燒，放出大量的熱，產生大量的白煙；燃燒后，集氣瓶中氣體減少，冷卻后打開彈簧夾后，在外壓作用下，會使燒杯中的水沿導管上升進入集氣瓶；
（2）猜想與假設：從測定空氣中氧氣含量的實驗原理去分析解答；
交流與討論：（1）從實驗所燃燒的物質必須具備的條件去分析解答；
（2）從資料中提供的與題目有關的信息，對比兩種物質的特點去分析解答；通過對比實驗裝置找出各自的優點和缺點去分析解答；

解答 解：（1）實驗過程中，觀察到的主要現象是：紅磷劇烈地燃燒，產生大量的白煙；打開彈簧夾時，燒杯中的水進入集氣瓶，并且約占集氣瓶容積的五分之一．說明氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$；紅磷燃燒是紅磷與空氣中的氧氣反應，生成五氧化二磷，故反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
解：
（2）【猜想與假設】：要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數等；故答案為：集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；
【交流與討論】
（1）木炭燃燒生成二氧化碳氣體，其符號表達式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；生成物的狀態一般要求是固態，木炭燃燒生成二氧化碳氣體，因此猜想不合理；（2）①應把紅磷換為白磷，理由是白磷的著火點低，比紅磷更容易被引燃；故填：白磷的著火點低，比紅磷更容易被引燃；
②銅具有良好的導熱性，所以可通過粗銅絲來點燃玻璃管內的白磷；故填：導熱；
③在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差；故填：在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差；
答案：
（1）白煙；氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）【猜想與假設】裝置的氣密性不好；集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；
【交流與討論】
（1）C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；木炭燃燒生成二氧化碳氣體
（2）①白磷的著火點低，比紅磷更容易被引燃；②導熱；③在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差

點評 本考點考查的是空氣中氧氣含量的探究實驗，屬于實驗探究題，回憶實驗中現象，得出正確的結論．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．