Question

19．
（1）小軍設計了如圖A所示裝置測定空氣中氧氣的含量．實驗時，取下橡皮塞，點燃紅磷后迅速伸入集氣瓶中并塞緊橡皮塞，這時看到的現象是紅磷燃燒，產生大量白煙，該反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）小飛認為，紅磷燃燒會生成有毒的煙，應將紅磷換成木炭完成實驗，小倩認為不妥，理由是木炭燃燒生成氣體，瓶內壓強幾乎不變；小飛認為可以將紅磷換成木炭，只要將實驗稍微改進，小飛的改進措施是將水換成澄清石灰水．
（3）小倩設計了如圖B所示的改進裝置，其優點是防止點燃紅磷后，蓋塞子太慢，使裝置內空氣逃逸或五氧化二磷不會逸散在空氣中，更環保（只寫一點）．從理論上分析，實驗開始后玻璃管內的液面變化情況是先下降再上升，玻璃管內液面最終將停在1處（填“1”、“2”、“3”、“4”），但實測結果液面往往偏低，其原因可能是裝置漏氣（只寫一條）．
（4）受空氣中氧氣含量測定實驗的啟發，某校課外活動小組，欲測定一待旅游開發的巖洞內空氣中二氧化碳的體積分數進行了如下實驗：
①取樣．他們準備從巖洞的底部取樣，請你設計用集氣瓶從洞中取回一瓶空氣樣品的方法：在洞外將集氣瓶裝滿水，蓋上玻璃片，到洞內，將水倒掉，蓋上玻璃片，將氣樣帶出．
②測定．用150mL的注射器從集氣瓶中抽取100mL氣樣，按如圖C所示的裝置推動活塞進行實驗，實驗結束后，量筒內水的體積為99mL，此數據是C的體積數（用序號填寫）
A．二氧化碳    B．氮氣和氧氣的混合氣體      C．空氣中除二氧化碳外的所有氣體
裝置乙中多孔球泡的作用是增大氣體與溶液的接觸面積，使反應充分進行．
③計算：洞底空氣中二氧化碳的體積分數為1%．
④為營造更好的旅游環境，讓巖洞向游客開發，你認為應采取哪些措施來降低該巖洞內二氧化碳的含量：用通風設備鼓入洞外空氣．

Answer 1

分析 （1）紅磷燃燒生成五氧化二磷；
（2）木炭燃燒生成二氧化碳；
（3）改進后的實驗避免了（1）中出現的問題，操作簡單，也不會出現紅磷在瓶外燃燒的過程．若出現液面偏低，應是紅磷不足或是反應后溫度過高，氣體受熱膨脹；
（4）氣體的取樣不同于教材中氣體收集的一般方法，結合題目提示，該實驗用廣口瓶取樣，必須先保證廣口瓶中沒有空氣，即要先裝滿水，進入之后倒掉水，要擦干瓶內，防止二氧化碳溶于水，才能收集氣體．氫氧化鈉溶液是堿溶液，作用是吸收空氣樣品中的CO₂氣體，從裝置甲導出的氣體進入裝置乙之后，會導致裝置內氣壓增大，裝置乙中的水會沿著導管進入裝置丙；由于進入裝置乙中剩余氣體的體積約等于進入裝置丙中水的體積，因此裝置丙可用來粗略地測量實驗中除二氧化碳以外的剩余氣體的體積；剩余氣體的體積比空氣樣品少1mL，說明裝置甲吸收了1mL的CO₂，可計算出洞底空氣中CO₂的體積分數；多孔球泡便于增大氣體和溶液的接觸面積，使反應充分進行．

解答 解：（1）實驗時，取下橡膠塞，點燃紅磷后迅速伸入集氣瓶中并旋緊橡膠塞，這時看到的現象是：紅磷劇烈地燃燒，產生白煙；該反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；故填：紅磷燃燒，產生大量白煙；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）若將紅磷換成木炭，因為木炭燃燒生成二氧化碳，二氧化碳占據了空氣中氧氣的空間，不能正確測定氧氣的含量．二氧化碳能與堿反應，所以可將水換成石灰水；故填：木炭燃燒生成氣體，瓶內壓強幾乎不變；將水換成澄清石灰水；
（3）改進的實驗可通過銅絲傳導熱量，使玻璃管中的銅絲和紅磷反應，操作比（1）簡單；氧氣占空氣體積的五分之一，裝置內氣體受熱膨脹，首先液面下降，反應結束后溫度降低，氣體壓強減小，液面上升，所以從理論上液面會上升到刻度1處；若液面偏低，可能是紅磷太少或是由于反應放熱，導致溫度過高，氣體膨脹．
故填：防止點燃紅磷后，蓋塞子太慢，使裝置內空氣逃逸或五氧化二磷不會逸散在空氣中，更環保（合理即可）；先下降再上升；1；裝置漏氣（合理即可）；
（4）①為了防止把洞外的氣體帶到洞中，必須先將廣口瓶裝滿水，蓋上玻璃片后帶進洞中，將水倒掉，因為二氧化碳能溶于水，為了減少實驗誤差，必須要將廣口瓶內殘留的水分擦干，然后再蓋上玻璃片；故填：在洞外將集氣瓶裝滿水，蓋上玻璃片，到洞內，將水倒掉，蓋上玻璃片，將氣樣帶出；
②氫氧化鈉溶液是為了吸收氣體中的CO₂，剩下的氣體進入裝置乙中，排水法收集，排開的水進入量筒內，所以量筒內的水相當于是空氣中除CO₂外的所有氣體體積；
多孔球泡通常用于氣體和液體的反應，便于增大氣體和溶液的接觸面積，使反應充分進行；
故填：C；增大氣體與溶液的接觸面積，使反應充分進行；
③洞底空氣中CO₂的體積分數為$\frac{100mL-99mL}{100mL}$×100%=1%；故填：1%；
④為了降低洞內二氧化碳的含量，我們可以通過改善洞內外空氣流通，來達到目的．例如可以用通風管鼓入洞外的空氣．故填：用通風設備鼓入洞外空氣（合理即可）．

點評 本題考查點很簡單，就是對教材紅磷和氧氣的反應來設置的，但本題更多的注重了實驗的細節之處，能培養學生嚴謹的科學思維，養成良好的學習行為習慣．