Question

【題目】某化學興趣小組對“空氣中氧氣含量的測定”展開探究。

（實驗回顧）實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量（如圖1、圖2），紅磷燃燒的符號表達式為__________。興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于21%。

（實驗改進）甲同學認為誤差主要是由實驗裝置造成的，于是改用圖3裝置進行實驗。

（1）按圖2裝置實驗，實驗開始前應先進行的一步操作是________________。實驗中燃燒匙內盛放紅磷的量必須_________。

（2）按圖3裝置實驗，點燃紅磷的方式不同于圖1，而是接通電源使電烙鐵發熱，點燃紅磷后，斷開電源。與圖2裝置相比，圖3裝置使用電烙鐵可以減小實驗誤差，其原因是____________。

（提出問題）在操作規范的情況下，用改進后的裝置測得的氧氣含量約為14%。為什么測量結果與真實值仍有較大差距呢？

（查閱資料）燃燒過程中當氧氣體積分數低于7%時，紅磷就無法繼續燃燒。引起本實驗的誤差除裝置外，還與可燃物的性質有關。

（實驗探究1）乙同學利用圖4裝置測定空氣中氧氣的含量。其中與集氣瓶相連的壓強傳感器等電子設備能將集氣瓶內壓強精確地記錄并保存下來。圖5是用該裝置測得的木炭在集氣瓶中燃燒的壓強－時間關系圖（該裝置氣密性良好，P0是集氣瓶內初始氣壓，P是反應結束時恢復到室溫時集氣瓶內的氣壓）。

（3）反應開始時集氣瓶中壓強會瞬間_____（填“變大”、“變小”或“不變”），原因是___________ 。

（4）根據圖5，木炭不可代替紅磷測定空氣中氧氣含量的原因是______________。

（實驗探究2）已知常溫下鐵與空氣中的氧氣、水反應生成鐵銹（主要成分是Fe2O3），在有氯化鈉、炭粉存在條件下，反應速度較快。丙同學根據鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量，設計了圖6所示實驗裝置，8分鐘后測得數據如下表：

A		實驗后的體積
集氣瓶內空氣	量筒內水	量筒內剩余水
262mL	180.0mL	127.2mL

（5）丙同學將鐵粉、炭粉等物質不是堆在瓶底，而是撒在浸潤氯化鈉的濾紙條上再貼在廣口瓶內側，其目的是____________________。

（6）根據表中數據計算空氣中的氧氣含量____________。（寫出計算過程，計算結果保留到0.1%）

（結論與反思）通過上述實驗探究，選擇合適的物質和實驗裝置進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差。

Answer 1

【答案】 檢查裝置的氣密性 過量 直接在集氣瓶中點燃紅磷可以避免在空氣中點燃紅磷后伸進集氣瓶中造成部分空氣逸出 變大 紅磷燃燒放出大量的熱，集氣瓶中溫度升高，微粒之間的間隔增大，壓強增大 木炭在空氣中燃燒消耗氧氣，生成二氧化碳氣體，冷卻至室溫后集氣瓶中壓強保持不變，水不能進入集氣瓶 增大物質的接觸面積，加快反應速率 根據表中數據可知量筒內水減少的體積即為氧氣的體積，

氧氣的體積為，

空氣中的氧氣含量為，

答：空氣中的氧氣含量為20.2%。

【解析】

探究“空氣中氧氣含量的測定”的實驗：

實驗回顧：

實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量，紅磷與氧氣在點燃條件下生成五氧化二磷，反應的符號表達式為。興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于21%。

實驗改進：甲同學認為誤差主要是由實驗裝置造成的，于是改用圖3裝置進行實驗。

（1）按圖2裝置實驗，實驗開始前應先進行的一步操作是檢查裝置的氣密性。實驗中燃燒匙內盛放紅磷的量必須過量，以保證集氣瓶中氧氣耗盡。

（2）按圖3裝置實驗，點燃紅磷的方式不同于圖1，而是接通電源使電烙鐵發熱，點燃紅磷后，斷開電源。與圖2裝置相比，圖3裝置使用電烙鐵可以減小實驗誤差，其原因是直接在集氣瓶中點燃紅磷可以避免在空氣中點燃紅磷后伸進集氣瓶中造成部分空氣逸出。

提出問題：

在操作規范的情況下，用改進后的裝置測得的氧氣含量約為14%。為什么測量結果與真實值仍有較大差距呢？

查閱資料：

燃燒過程中當氧氣體積分數低于7%時，紅磷就無法繼續燃燒。引起本實驗的誤差除裝置外，還與可燃物的性質有關。

實驗探究1：

乙同學利用圖4裝置測定空氣中氧氣的含量。其中與集氣瓶相連的壓強傳感器等電子設備能將集氣瓶內壓強精確地記錄并保存下來。

（3）反應開始時集氣瓶中壓強會瞬間變大，原因是紅磷燃燒放出大量的熱，集氣瓶中溫度升高，微粒之間的間隔增大，壓強增大。

（4）根據圖5可知，木炭在空氣中燃燒消耗氧氣，生成二氧化碳氣體，冷卻至室溫后集氣瓶中壓強保持不變，水不能進入集氣瓶，因此木炭不可代替紅磷測定空氣中氧氣含量。

實驗探究2：

丙同學根據鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量

（5）丙同學將鐵粉、炭粉等物質不是堆在瓶底，而是撒在浸潤氯化鈉的濾紙條上再貼在廣口瓶內側，其目的是增大物質的接觸面積，加快反應速率。

（6）根據表中數據可知量筒內水減少的體積即為氧氣的體積，氧氣的體積為，空氣中的氧氣含量為，

答：空氣中的氧氣含量為20.2%。

結論與反思：通過上述實驗探究，選擇合適的物質和實驗裝置進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差。