Question

15．某化學興趣小組進行空氣中氧氣含量測定，請你參與實驗，并回答下列有關問題：

（1）實驗過程中，觀察到紅磷燃燒的現象是放出熱量、冒出大量的白煙；該反應的符號表達式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；上述實驗和拉瓦錫研究空氣成分實驗（將汞與空氣封閉在一起加熱，生成氧化汞）的化學反應都屬于化合 反應（填基本反應類型）．
（2）圖Ⅰ實驗不僅可以說明氧氣占空氣的體積分數，還可以說明氮氣具有的化學性質有不燃燒也不支持燃燒（或不與紅磷反應）（只需寫一點）．
（3）用圖Ⅰ實驗裝置測定的結果是：集氣瓶內水面上升明顯大于瓶內空氣體積的$\frac{1}{5}$，你認為導致這一結果的原因是在將燃著的紅磷伸入裝置時動作緩慢，致使裝置內的部分空氣逸散出來．（只需寫一點）
（4）某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫．打開彈簧夾后，發(fā)現水不能進入集氣瓶，原因是木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間，若仍用木炭代替紅磷，你對該生的實驗方案應作何改進，才能保證實驗成功？在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液（只需答出實驗方案中須改進的地方）．
（5）圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置（選用容積為45mL的18×180mm的試管作反應容器），其實驗的操作步驟如下：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Ⅱ中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾夾緊橡皮管；④讀取注射器活塞的數據．你認為正確的實驗操作順序是③①②④（填序號）；圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約1 mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，你認為圖Ⅰ實驗有何不足之處圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密，測量誤差大（回答一點即可）．
（6）經過研究討論后該興趣小組又設計了如圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量的改進裝置．主要操作是：在實際容積為150mL的集氣瓶里，先裝進50mL的水，再按圖連好儀器，打開止水夾，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃．（已知白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷）
①白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是先下降后上升；若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為70 mL．
②集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到哪些作用？ab （填寫序號）
a．加快集氣瓶冷卻
b．液封導氣管末端以防氣體逸出
c．緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高．

Answer 1

分析 本題是測定氧氣在空氣中的體積分數的實驗探究，要把空氣中的氧氣消耗掉．
在本實驗中用的是紅磷，紅磷在空氣中燃燒的現象：發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙．
本實驗還可以說明氮氣具有的化學性質有：不燃燒也不支持燃燒或不與紅磷反應；
如果裝置內的部分空氣逸散出來，就會導致進入集氣瓶中水體積大于五分之一．
某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫，打開彈簧夾后，發(fā)現水不能進入集氣瓶，原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；若仍用木炭代替紅磷，對該生的實驗方案應做的改進是：在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；
圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置，其實驗的操作步驟是：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Ⅱ中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾夾緊橡皮管；點燃酒精燈；撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；讀取注射器活塞的數據．
圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約1mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密；圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量中，白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是：先下降后上升，先下降是因為開始時，氣體受熱膨脹，冷卻后再上升；
若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為70mL，集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：加快集氣瓶冷卻；液封導氣管末端以防氣體逸出；緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高．

解答 解：（1）在本實驗中用的是紅磷，紅磷在空氣中燃燒的現象：發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙；磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，屬于化合反應；
故答案為：放出熱量、冒出大量的白煙；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；化合；
（2）本實驗還可以說明氮氣具有的化學性質有：不燃燒也不支持燃燒或不與紅磷反應；
故答案為：不燃燒也不支持燃燒（或不與紅磷反應）；
（3）如果進入集氣瓶中水的體積大于五分之一，就說明操作太慢，致使裝置內的部分空氣逸散出來．故答案為：在將燃著的紅磷伸入裝置時動作緩慢，致使裝置內的部分空氣逸散出來；
（4）某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫，打開彈簧夾后，發(fā)現水不能進入集氣瓶，原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；若仍用木炭代替紅磷，對該生的實驗方案應做的改進是：在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；
故答案為：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；
（5）圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置，其實驗的操作步驟是：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Ⅱ中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾夾緊橡皮管；點燃酒精燈；撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；讀取注射器活塞的數據；圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約1mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密；
故答案為：③①②④；1；圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密，測量誤差大；
（6）圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量中，白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是：先下降后上升，先下降是因為開始時，氣體受熱膨脹，冷卻后再上升；若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為70mL，集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：加快集氣瓶冷卻；液封導氣管末端以防氣體逸出；液體較難被壓縮，所以不能緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高；
故答案為：①先下降后上升；70；②ab．

點評 本考點是測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗中要注意以下幾點：①裝置的嚴密性②所用藥品的量③生成物的狀態(tài)④讀數時要冷卻到原溫度等．要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考，從而得出正確的結論．本考點經常出現在選擇題、填空題和實驗題中．