Question

6．某化學(xué)興趣小組的同學(xué)按照課本上的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數(shù)”的實驗（如圖1所示），但測出的氧氣的體積分數(shù)明顯小于$\frac{1}{5}$．請你參與探究：
（1）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？
（2）查閱資料
  紅磷、白磷的一些性質(zhì)如下表：

	顏色、狀態(tài)	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

（3）猜想與假設(shè)
甲同學(xué)：可能是導(dǎo)管內(nèi)原來含有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性．
乙同學(xué)：可能是瓶內(nèi)殘留氣體中還有氧氣．
你的猜想是：紅磷量較少．
（4）交流與討論
①丙同學(xué)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．（填“合理”與“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（其它儀器未標出）．
Ⅰ、甲同學(xué)提出應(yīng)把紅磷換為白磷，理由是白磷更容易被點燃．
Ⅱ、通過粗銅絲來點燃玻璃管內(nèi)的白磷，這利用了金屬銅的導(dǎo)熱性．
Ⅲ、與課本上的實驗裝置相比較，該裝置的一個優(yōu)點是操作簡便．
（5）探究與反思
①為了驗證乙同學(xué)的猜想，將銅粉放在殘余氣體中加熱，觀察到銅粉變黑色，證明乙同學(xué)的猜想合理（填“合理”或“不合理”）．
②大家用改進的實驗裝置（如圖2所示）進行實驗，待玻璃管冷卻、管內(nèi)白色的煙幕消失時，左玻璃管內(nèi)的液面上升了1格，其液面上升的原因是氧氣被消耗，管內(nèi)壓強減�。�
③紅磷與白磷不同的物理性質(zhì)有顏色不同（寫一點）．

Answer 1

分析 （3）猜想與假設(shè)：從測定空氣中氧氣含量的實驗原理去分析解答；
（4）交流與討論：①從實驗所燃燒的物質(zhì)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(guān)的信息，對比兩種物質(zhì)的特點去分析解答；通過對比實驗裝置找出各自的優(yōu)點和缺點去分析解答；
（5）探究與反思：①銅粉可以和氧氣反應(yīng)生成黑色的氧化銅固體，可以據(jù)此解答該題；
②根據(jù)從測定空氣中氧氣含量的實驗原理去來分析；
③根據(jù)紅磷和白磷的顏色、熔點和密度不同等分析解答．

解答 解：（3）實驗原理：利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使左邊集氣瓶內(nèi)氣體體積變小，壓強變小，從而在外部大氣壓的作用下使燒杯內(nèi)的水進入集氣瓶，通過測量進入集氣瓶中水的量來確定空氣中氧氣的體積分數(shù)．①如果所用紅磷的量不足，造成瓶內(nèi)空氣中的氧氣沒有完全被消耗，瓶內(nèi)殘留氣體中還有氧氣，所以會使所測得的氧氣的體積分數(shù)偏小；
②如果裝置的氣密性不好，外界氣體會進入集氣瓶中，形成不了壓強差，外面的水進入集氣瓶內(nèi)體積變小，造成所測得的氧氣的體積分數(shù)偏��；
③由于導(dǎo)管內(nèi)原來含有空氣，紅磷燃燒完，打開止水夾后，應(yīng)該是進入的都是水，但是由于導(dǎo)管內(nèi)本身有氣體，所以該部分氣體的進入減少了液體的進入的量，我們對結(jié)果的推出是從液體的體積得出的造成瓶內(nèi)空氣中的氧氣沒有完全被消耗，所以會使所測得的氧氣的體積分數(shù)偏小；由上面的分析不難看出：測出的氧氣的體積分數(shù)明顯小于五分之一的原因也就是上面的三條：①所用紅磷的量不足；②裝置的氣密性不好；③可能是導(dǎo)管內(nèi)原來含有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性．由于題目中甲乙兩同學(xué)已經(jīng)猜出了其中的兩個，剩下的猜想就是：裝置的氣密性不好；故答案為：裝置的氣密性不好；
（4）①如果用木炭代替紅磷，木炭和空氣中的氧氣反應(yīng)生成的是二氧化碳，由于二氧化碳是氣體，這樣在集氣瓶內(nèi)的氣體的體積就不會減小，外面燒杯內(nèi)的水就不會被壓入集氣瓶內(nèi)，會導(dǎo)致實驗失敗；故答案為：木炭燃燒生成的二氧化碳是氣體；
②a．由【查閱資料】中可知白磷的著火點為40℃，而紅磷的著火點為240℃，通過銅絲傳熱達到白磷的著火點要比紅磷容易的多，更容易被點燃．故答案為：白磷的著火點比紅磷低，容易被點燃；
b．通過粗銅絲來點燃玻璃管內(nèi)的白磷，火焰沒有接觸到白磷，而白磷能夠燃燒說明白磷的溫度升高，達到的白磷的著火點，而酒精燈與白磷相連的是銅絲，說明銅絲具有導(dǎo)熱性；故填：導(dǎo)熱；
c．如果使用課本上的裝置，需要在集氣瓶外點燃紅磷，當(dāng)燃燒著的紅磷向集氣瓶里放的時候，會讓集氣瓶內(nèi)的空氣因受熱跑到瓶外，增大了實驗的誤差，而改進后的裝置則有效的避免了這種現(xiàn)象；故答案為：實驗過程裝置密閉，實驗誤差��；
（5）①銅和氧氣在加熱的條件下生成黑色的氧化銅，所以若觀察到銅粉變黑則說明裝置殘留有氧氣，即乙同學(xué)的猜想合理；故填：合理；
②氧氣被消耗，管內(nèi)壓強減��；故答案：氧氣被消耗，管內(nèi)壓強減�。�
③紅磷紅色固體，白磷是白色固體，故答案：顏色不同等．

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(xiàn)象，得出正確的結(jié)論．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據(jù)設(shè)計的步驟中不同的現(xiàn)象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．