Question

3．某化學興趣小組對“暖寶寶”的成分進行探究，并利用其發(fā)熱原理測定空氣中氧氣的體積分數(shù)．
【查閱資料】
“暖寶寶”中含有鐵粉、活性炭、水、氯化鈉等物質(zhì)．遇空氣發(fā)生反應(yīng)的表達式是：鐵+氧氣+水→氫氧化亞鐵，該過程放熱．
【進行實驗】
驗證“暖寶寶”中含有鐵粉．甲同學打開一袋“暖寶寶”，將其中粉末倒入燒杯中，用磁鐵與之充分接觸，發(fā)現(xiàn)有黑色粉末被吸引，證明“暖寶寶”中確實含有鐵粉．
【現(xiàn)象與討論】
乙同學無意中將吸出的鐵粉撒在了酒精燈火焰上，意外地發(fā)現(xiàn)鐵粉燃燒，火星四射．該小組同學對此現(xiàn)象展開討論：
①鐵絲在空氣中不能燃燒，鐵粉在空氣中能燃燒，這是因為鐵粉與氧氣的接觸面積增大．
②假設(shè)鐵粉在空氣中燃燒和鐵絲在氧氣中的燃燒產(chǎn)物相同，該反應(yīng)的文字表達式為3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．

【實驗回顧】
圖1是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置．
實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)氣壓減小，量筒中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，可以根據(jù)量筒中水的變化，粗略測得空氣中氧氣的含量．
【問題提出】
有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數(shù)低于7% 時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實驗，測定結(jié)果與理論值誤差較大．
【實驗改進1】
圖2是鐵在空氣中反應(yīng)的實驗裝置（該裝置中飽和食鹽水、活性炭（主要成分為碳）會加速鐵在氧氣中反應(yīng)的速度）．興趣小組的同學利用該裝置，再次測定空氣中氧氣含量．

實驗裝置	實驗步驟	實驗現(xiàn)象	實驗結(jié)論
	①如圖所示連接好裝置，然后 把導管放入水中，再用手緊握廣口瓶	導管口有氣泡冒出	裝置的氣密性良好
	②在集氣瓶內(nèi)加入足量“暖寶寶”中的物質(zhì)，迅速把塞子塞緊，并充分震蕩	量筒中的水倒流入集氣瓶	進入集氣瓶內(nèi)水的體積即為瓶中氧氣的體積

【實驗過程】
測得實驗數(shù)據(jù)見下表：

測量項目	實驗前	實驗后
	燒杯中水的體積	燒杯中剩余水的體積	氧氣瓶（扣除內(nèi)容物）和導管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

【表達與交流】
（1）根據(jù)表內(nèi)數(shù)據(jù)計算，實驗改進后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是20.2%（計算結(jié)果精確到0.1%）．
（2）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確度更髙的原因是①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確．②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確；
【實驗改進2】
丁同學設(shè)想用圖1裝置，換用“暖寶寶”中的物質(zhì)代替紅磷將其燃燒，進行氧氣含量的測定，你認為是否可行，并說明理由不可行，“暖寶寶”中的活性炭燃燒消耗氧氣的同時，生成了二氧化碳氣體，從而影響了實驗結(jié)果．

Answer 1

分析 【現(xiàn)象與討論】
鐵絲在空氣中不能燃燒，鐵粉在空氣中能燃燒，這是因為鐵粉與氧氣的接觸面積增大；鐵與氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，配平即可．
【實驗回顧】
由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)壓強減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶解答；
【交流與表達】根據(jù)鐵生銹的知識進行分析解答即可；
【反思評價】測定空氣中氧氣含量的裝置要密封；
【實驗改進2】碳燃燒消耗氧氣的同時，生成了二氧化碳氣體．

解答 解：【現(xiàn)象與討論】
鐵絲在空氣中不能燃燒，鐵粉在空氣中能燃燒，這是因為鐵粉與氧氣的接觸面積增大；鐵與氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，配平即可，故答案為：鐵粉與氧氣的接觸面積增大；
 3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄
【實驗回顧】
紅磷燃燒消耗氧氣，使瓶內(nèi)的氣壓變小，水倒吸，故填：氣壓；
【實驗改進1】
檢查裝置氣密性的方法，連接好裝置，然后把導管放入水中，再用手緊握廣口瓶；導管口有氣泡冒出，則裝置的氣密性良好；
【表達與交流】
（1）根據(jù)反應(yīng)前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分數(shù)為：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%=20.2%，故填：20.2%；
（2）使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實驗結(jié)果更準確，測量時考慮導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實驗結(jié)果更為準確，
【實驗改進2】“暖寶寶”中的活性炭燃燒消耗氧氣的同時，生成了二氧化碳氣體，從而影響了實驗結(jié)果．
故答案為：【現(xiàn)象與討論】①鐵粉與空氣接觸面積很大；②3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
【實驗改進1】
把導管放入水中，再用手緊握廣口瓶；導管口有氣泡冒出；
【實驗回顧】氣壓；
【表達與交流】
（1）20.2%；
（2）①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確．②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確；
【實驗改進2】不可行，“暖寶寶”中的活性炭燃燒消耗氧氣的同時，生成了二氧化碳氣體，從而影響了實驗結(jié)果．

點評 本題考查了實驗步驟的設(shè)計，還對實驗進行了評價，綜合性比較強．實驗設(shè)計題是近幾年中考的重要考點之一，希望同學們前后聯(lián)系，認真掌握．