Question

8．某化學興趣小組的同學對空氣中氧氣含量的測定實驗進行探究．
（1）如圖1所示裝置和藥品進行實驗，實驗中可觀察到的現(xiàn)象是紅磷燃燒放出大量白煙，同時釋放出大量的熱，待裝置冷卻到室溫后，打開止水夾看到水倒流入容器約容器容積的$\frac{1}{5}$，該反應的化學符號表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）該實驗中紅磷需要稍過量，目的是將氧氣耗盡甲同學認為可用木炭代替 紅磷測定空氣中氧氣的含量，乙同學 認為不可以，其原因是：木炭燃燒生成氣體二氧化碳和一氧化碳，不引起裝置內(nèi)壓強的改變，水不會倒流進入瓶內(nèi)．乙同學用圖1實驗裝置測定的結果是：空氣中氧氣含量與正常值有較明顯的偏差，其原因可能是（答出一種即可）：裝置漏氣．
（3）丙同學用鎂條代替紅磷來測定空氣中氧氣的含量．結果卻發(fā)現(xiàn)倒吸的水量遠遠超過集氣瓶的$\frac{1}{5}$．小組內(nèi)同學幫她仔細檢查，發(fā)現(xiàn)裝置的氣密性及操作步驟均無問題．你認為造成此現(xiàn)象的原因可能是鎂條和空氣中其他成分也發(fā)生了反應．
（4）小組內(nèi)同學反思上述實驗的探究過程后認為：用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在藥品的選擇或生成物的要求上應考慮的是：藥品本身是固體，能且只能和空氣中氧氣反應，且生成物不是氣體
（5）小組內(nèi)同學還對該實驗進行了如圖2改進．（已知試管容積為 45mL）

實驗的主要操作步驟如下：①點燃酒精燈．②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾．③將少量紅磷平裝入試管中，將20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖2中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾緊橡皮管．④讀取注射器活塞的數(shù)據(jù)．
你認為正確的實驗操作順序是③①②④（填序號）．注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約為1 mL刻度處才停止．
（6）由圖1實驗還可推知反應后剩余氣體的兩點性質是①物理性質不易溶于水 ②化學性質不能燃燒，也不能支持燃燒．
（7）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總容積的1/5，你認為導致這一結果的原因可能是裝置漏氣；紅磷的量不足；未冷卻至室溫就打開彈簧夾   等．

Answer 1

分析 本題考查的內(nèi)容有常規(guī)性的實驗現(xiàn)象的描述和文字表達式的書寫，實驗誤差分析，在此基礎上加大了深度，分析木炭能否代替紅磷以及鎂帶代替紅磷燃燒產(chǎn)生的截然相反地誤差的原因，這要求學生要從瓶內(nèi)壓強的變化去分析．對于用注射器改進后的儀器其刻度更容易讀取，計算部分要注意被反應消耗掉的是試管內(nèi)的氧氣，不包含注射器內(nèi)的部分．

解答 解：（1）紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，同時釋放出大量的熱，燃燒消耗氧氣，使裝置內(nèi)的氣壓變小，因此待裝置冷卻到室溫打開止水夾，水倒流至瓶中約1/5 處；反應的化學表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（2）該實驗中紅磷需要稍過量，目的是將氧氣耗盡；木炭燃燒產(chǎn)生CO₂是氣體，瓶內(nèi)壓強不變，水不會倒流，所以用木炭代替紅磷是不會得到對應的結果的；若紅磷不足（未冷卻到室溫讀數(shù)，裝置漏氣）等都會使測定結果偏小；
（3）鎂條不僅僅能夠與氧氣反應，而且還能和氮氣反應，這樣就造成進入液體的體積遠遠超過1/5 （分析時一定要注意對反應條件中氣密性等已經(jīng)說明的良好，否則很容易就理解為氣密性或者藥品的量等原因）．；
（4）為了保證結果的精確，加入的物質需要滿足能夠消耗了密閉容器內(nèi)的氧氣，而不產(chǎn)生新的氣體等；
（5）根據(jù)操作及實驗目的可以確定實驗順序為：③將少量紅磷平裝入試管中，將20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖2中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾緊橡皮管；①點燃酒精燈；②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；④讀取注射器活塞的數(shù)據(jù)；對應用注射器進行的實驗改進，相對先前的實驗，數(shù)據(jù)更容易獲取，因為注射器有精確的刻度．計算部分要注意反應消耗掉的是試管內(nèi)的氧氣，不包含注射器內(nèi)的部分，所以消耗氧氣是45的1/5，即9mL，所以注射器活塞應該向左滑動到“1”；
（6）反應后剩余的作用氣體是氮氣，說明氮氣不能燃燒，也不能支持燃燒這是化學性質，氮氣不易溶于水，這是物理性質．
（7）由分析可知，造成測得的氧氣體積分數(shù)小于1/5結果的可能原因：①紅磷的量不足； ②裝置漏氣（如塞子未塞緊、燃燒匙與橡皮塞之間有縫隙等），使外界空氣進入瓶內(nèi)； ③未冷卻至室溫就打開彈簧夾，使進入瓶內(nèi)的水的體積減少．
故答案為：
（1）紅磷燃燒放出大量白煙，同時釋放出大量的熱；水倒流入容器約容器容積的$\frac{1}{5}$；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）將氧氣耗盡；木炭燃燒生成氣體二氧化碳和一氧化碳，不引起裝置內(nèi)壓強的改變，水不會倒流進入瓶內(nèi)；裝置漏氣；
（3）鎂條和空氣中其他成分也發(fā)生了反應；
（4）藥品本身是固體，能且只能和空氣中氧氣反應，且生成物不是氣體；
（5）③①②④；1；
（6）不易溶于水；不能燃燒，也不能支持燃燒；
（7）裝置漏氣；紅磷的量不足；未冷卻至室溫就打開彈簧夾．

點評 空氣是人類寶貴的自然資源，在中考中占有重要的地位，特別是空氣中氧氣含量的測定，要注意測定原理、實驗關鍵、現(xiàn)象和結論、裝置的評價和改進等內(nèi)容的考查．