Question

14．某化學(xué)興趣活動(dòng)小組為測(cè)定空氣中氧氣的含量，進(jìn)行如下探究實(shí)驗(yàn)：

（1）如圖1所示，在一個(gè)具有刻度和可以滑動(dòng)的活塞的玻璃容器中放入一粒白磷（白磷燃燒所需的最低溫度為40℃），將玻璃容器固定好，放在盛有85℃熱水的燒杯上．請(qǐng)回答下列問(wèn)題：①實(shí)驗(yàn)中可以看到玻璃容器內(nèi)
白磷燃燒時(shí)的現(xiàn)象是產(chǎn)生大量白煙，該反應(yīng)的符號(hào)表達(dá)式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，恢復(fù)至常溫，活塞應(yīng)停在刻度4處，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是：白磷燃燒消耗了空氣中氣態(tài)的氧氣而生成了固態(tài)的五氧化二磷，從而使玻璃容器內(nèi)的氣體體積減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
②玻璃容器內(nèi)余下的氣體主要是氮?dú)猓?br />③此反應(yīng)中白磷要過(guò)量，目的是除盡氧氣．
（2）小軍根據(jù)燃燒紅磷測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)為可用木炭代替紅磷測(cè)定空氣中氧氣的含量，并按圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．他依據(jù)的實(shí)驗(yàn)原理可能是通過(guò)可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測(cè)定出氧氣的體積．
①小軍檢查裝置氣密性后，將盛有足量紅熱木炭的燃燒匙迅速伸入集氣瓶中，并把塞子塞緊，待紅熱的木炭熄滅并冷卻至室溫后，打開(kāi)彈簧夾，并未發(fā)現(xiàn)倒吸現(xiàn)象．經(jīng)過(guò)認(rèn)真分析，小軍發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗的原因是集氣瓶中的壓強(qiáng)沒(méi)有變化．
②小軍反思上述實(shí)驗(yàn)的探究過(guò)程后認(rèn)為：用燃燒法測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)時(shí)，在藥品的選擇或生成物的要求上應(yīng)考慮的是（答一條）能消耗氧氣，又不會(huì)跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．

Answer 1

分析 （1）白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)象為黃色火焰，冒出大量白煙；空氣主要是由氮?dú)夂脱鯕饨M成的，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為五分之一；實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵為白磷過(guò)量、反應(yīng)充分、氣密性良好等；
（2）根據(jù)題目是在研究空氣成分的測(cè)定的基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的設(shè)計(jì)探究題．這就需要首先弄清楚該實(shí)驗(yàn)的基本原理，只有原理清楚，在原理的指導(dǎo)下才能夠進(jìn)行有效的改性．本實(shí)驗(yàn)是借助能夠和空氣中某一成分的反應(yīng)消耗掉裝置內(nèi)氣體，并且通過(guò)等體積外界氣體的進(jìn)入實(shí)現(xiàn)對(duì)消耗氣體體積的測(cè)定．所以在實(shí)驗(yàn)中要保證裝置的氣密性良好，要保證對(duì)氣體的盡可能消耗，同時(shí)要防止生成新的氣體，即反應(yīng)所使用物品必須本身是非氣體（這樣可以多加，利于對(duì)氧氣的盡可能消耗），同時(shí)生成物也不能是氣體（保證外界液體的等量進(jìn)入）．

解答 解：（1）白磷能與空氣中的氧氣反應(yīng)，發(fā)出黃色火焰，冒出大量白煙，白煙是五氧化二磷，該反應(yīng)的化學(xué)式表達(dá)式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅．活塞在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)動(dòng)狀況是：因?yàn)榘琢兹紵�放出大量的熱，溫度升高，壓�?qiáng)增大，活塞先向右，溫度降低后，壓強(qiáng)減小，活塞向左運(yùn)動(dòng)，最后停在刻度4處．
空氣主要是由氮?dú)夂脱鯕饨M成的，因此，白磷消耗完氧氣后剩余的氣體主要是氮?dú)�；空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為五分之一；實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵為白磷過(guò)量、反應(yīng)充分、氣密性良好等，白磷過(guò)量是為了除盡氧氣；
（2）實(shí)驗(yàn)原理是通過(guò)可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測(cè)定出氧氣的體積．所以改進(jìn)實(shí)驗(yàn)要建立的此原理上．至于實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)的失敗，就與該原理有關(guān)，與是否能夠消耗氧氣有關(guān)，與能否完全消耗氧氣有關(guān)，與外界氣體能否有效進(jìn)入有關(guān)，而在具體回答是要結(jié)合本題的環(huán)境來(lái)回答：木炭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w或者一氧化碳?xì)怏w，不能使內(nèi)部氣壓減少，從而導(dǎo)致不能使外界液體進(jìn)入．總結(jié)以上分析，在選擇該實(shí)驗(yàn)的替代物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)應(yīng)該滿足：能夠和氧氣等單一物質(zhì)反應(yīng)，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠想辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．
故：
通過(guò)可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測(cè)定出氧氣的體積．
①裝置內(nèi)外沒(méi)有明顯的氣壓變化（也可以從生成物是氣體考慮）．故答案為：集氣瓶中的壓強(qiáng)沒(méi)有變化．
②能夠和氧氣等單一物質(zhì)反應(yīng)，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠像辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．故答案為：要能消耗氧氣，又不會(huì)跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．
答案：
（1）①產(chǎn)生大量白煙；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅，4，氧氣，五氧化二磷，減小；②氮?dú)猓?nbsp; ③除盡氧氣．
（2）通過(guò)可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測(cè)定出氧氣的體積；
①集氣瓶中的壓強(qiáng)沒(méi)有變化；
②能消耗氧氣，又不會(huì)跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．

點(diǎn)評(píng) 解決探究性實(shí)驗(yàn)題要過(guò)“三關(guān)”，即：審題觀，要做到看清題中所講的化學(xué)過(guò)程、看清題設(shè)條件、看清要解決的問(wèn)題；分析觀，想化學(xué)過(guò)程所涉及的化學(xué)概念和所用的化學(xué)原理、想所給條件與所求問(wèn)題的關(guān)系、想有無(wú)隱含條件及題目考查的內(nèi)容；解達(dá)觀，根據(jù)題意和條件，選擇最佳的答題方法，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所選取的試劑要易得，操作要簡(jiǎn)單，現(xiàn)象要明顯，結(jié)論要可靠．