Question

9．某化學興趣小組同學設計了多組實驗裝置測定空氣中氧氣的含量．
（1）甲同學設計圖1裝置進行實驗．待瓶內反應完冷卻后，打開彈簧夾，觀察到燒杯中的水被倒吸入集氣瓶中，水能從燒杯進入集氣瓶的原因是紅磷燃燒消耗了集氣瓶中的氧氣，瓶內壓強減小，小于外界大氣壓，大氣壓將水沿著導管壓入集氣瓶中． 實驗過程中經常會出現(xiàn)進入到集氣瓶中的水水小于集氣瓶容積的$\frac{1}{5}$，請你分析造成這種誤差的可能原因裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數(shù)．
（2）乙同學設計計出了如圖2所示的實驗裝置．
實驗過程：
②查裝置的氣密性，氣密性良好；
②在裝空氣的集氣瓶里裝進適量a 體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（40℃即可燃燒），按圖示裝置連接儀器，然后在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，玻璃棒的作用為引燃白磷；（注：集氣瓶內的長導管已接近瓶底）
③把預先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，現(xiàn)象為發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙，該反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；（注：白磷與紅磷燃燒的反應原理、現(xiàn)象均相同）
④待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c．
從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降，后上升；
⑤根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)．已知C=60mL  a=10mL，則b=20mL，得出結論，氧氣在空氣中的體積分數(shù)約為20mL．
實驗反思：
①組內成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進適量a 體積的水”非常不理解．咨詢了組長小明之后，他終于明白“a 體積的水”的作用，其一是為了加快④步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出．
②2在上述實驗中，會導致進入集氣瓶中水小于正常結果的原因是白磷的量不足或裝置漏氣（填一點原因即可）．

Answer 1

分析 （1）只有熟悉用紅磷測定空氣里氧氣含量的實驗原理、操作步驟、實驗現(xiàn)象、實驗結論和注意事項，然后對比白磷代替紅磷時的異同點，對比用不同裝置實驗時的優(yōu)缺點，就可以得到本題的正確答案．根據(jù)白磷燃燒消耗氧氣解答；進入集氣瓶中水的體積小于五分之一，有可能有以下幾點：裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數(shù)；
（2）實驗過程：②實驗中玻璃棒的作用是引燃白磷；
③白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)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白磷劇烈燃燒，產生濃厚的白煙，反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
④從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；
⑤根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空氣五等分，則b=20mL解答；
實驗反思：①圍繞“白磷燃燒時集氣瓶內壓力增大過度，會使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出”這一因素進行分析；
②白磷的量不足不能消耗完瓶內氧氣，裝置漏氣等都會造成測定結果偏小據(jù)此進行分析判斷

解答 解：（1）用圖1裝置進行實驗時，由于紅磷燃燒消耗了集氣瓶中的氧氣，瓶內壓強減小，小于外界大氣壓，大氣壓將水沿著導管壓入集氣瓶中；白磷燃燒消耗氧氣，產生壓強差，燒杯中的水被倒吸入集氣瓶中；進入集氣瓶中水的體積小于五分之一，有可能有以下幾點：裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數(shù)；
故答案：紅磷燃燒消耗了集氣瓶中的氧氣，瓶內壓強減小，小于外界大氣壓，大氣壓將水沿著導管壓入集氣瓶中；裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數(shù)；
（2）實驗過程：②實驗中玻璃棒的作用是引燃白磷；
③白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)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．
④從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；
⑤根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空氣五等分，則b=20mL；因此氧氣的體積分數(shù)=$\frac{10mL}{50mL}$×100%=20%；
答案：②引燃白磷；③發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；④先下降，后上升；⑤20．
實驗反思：集氣瓶內預先裝入適量的水，使白磷燃燒時集氣瓶內氣壓不會過度增大，不至于使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出；
②白磷的量不足不能消耗完瓶內氧氣，裝置漏氣等都會造成測定結果偏�。�
故答案：①防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出；②白磷的量不足或裝置漏氣．

點評 本考點是用白磷測定氧氣在空氣中的體積分數(shù)，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據(jù)設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．本考點主要出現(xiàn)在填空題和實驗題中．