Question

18．空氣是一種寶貴的自然資源．某興趣小組的同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室欲用圖1所示裝置粗略測定空氣中氧氣的含量．
【實(shí)驗(yàn)回顧】
（1）寫出紅磷燃燒的文字表達(dá)式：磷+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$五氧化二磷．
（2）實(shí)驗(yàn)原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)壓強(qiáng)減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，用量筒測量進(jìn)入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量．
【提出問題】有實(shí)驗(yàn)資料表明：燃燒過程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7% 時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實(shí)驗(yàn)，測定結(jié)果與理論值誤差較大．那么，能否設(shè)計一套實(shí)驗(yàn)裝置使測定結(jié)果更為準(zhǔn)確呢？
【查閱資料】
1．鐵生銹的原理是：鐵與空氣中的氧氣和水蒸氣等發(fā)生化學(xué)反應(yīng)．
2．飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹．
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】
方案一：Ⅰ．同學(xué)們根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設(shè)計如圖2的實(shí)驗(yàn)裝置，再次測定空氣中氧氣含量．
Ⅱ．測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

測量 項(xiàng)目	實(shí)驗(yàn)前	實(shí)驗(yàn)后
	燒杯中水的體積	燒杯中剩余水的體積	集氣瓶（扣除內(nèi)容物）和導(dǎo)管的體積
體積/ml	80.0	54.5	126.0

【交流表達(dá)】
（1）根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后測得的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是20.2%（計算結(jié)果精確到0.1%）．
（2）從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更高的原因是：①能夠把氧氣完全消耗；②避免了燃燒匙伸入集氣瓶時導(dǎo)致的氣體外逸．
方案二：同學(xué)們又設(shè)計了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)步驟如下（裝置氣密性良好，部分操作已略去）：
I．打開止水夾a和b，向集氣瓶中緩慢鼓入一定量空氣，至白磷與空氣接觸，測得進(jìn)入量筒中水的體積為V₁；
II．強(qiáng)光照射引燃白磷；
III．白磷熄滅并冷卻至室溫，測得量筒中水的體積變?yōu)閂₂；
IV．計算空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)．
下列有關(guān)這個實(shí)驗(yàn)的說法中，正確的是CD（填字母）．
A．步驟I中，俯視量筒讀數(shù)會使測得的V₁數(shù)值偏低
B．步驟II中，白磷燃燒時可以不關(guān)閉止水夾a和b
C．步驟III中，未冷卻至室溫會使測得的V₂數(shù)值偏高
D．步驟IV中，求得氧氣的體積分?jǐn)?shù)等于$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%

Answer 1

分析 紅磷在空氣中能夠劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙，放出熱量，生成白色固體五氧化二磷；
根據(jù)提供的數(shù)據(jù)可以計算空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)；
不同的實(shí)驗(yàn)裝置，優(yōu)缺點(diǎn)不同．
方案二：根據(jù)紅磷燃燒生成五氧化二磷，通過排入量筒中水的體積可以判斷空氣中氧氣的含量進(jìn)行分析．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)回顧】如圖1是實(shí)驗(yàn)室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置．
（1）紅磷燃燒的現(xiàn)象是：劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙，放出熱量；紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，反應(yīng)的文字表達(dá)式為：磷+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$五氧化二磷．
故填：磷+氧氣$\stackrel{點(diǎn)燃}{→}$五氧化二磷．
（2）由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)壓強(qiáng)減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．故填：壓強(qiáng)．
【交流表達(dá)】
（1）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后測得的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是：$\frac{80.0mL-54.5mL}{126.0mL}$×100%=20.2%．
故填：20.2%．
（2）從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更髙的原因是：能夠把氧氣完全消耗；避免了燃燒匙伸入集氣瓶時導(dǎo)致的氣體外逸．
故填：能夠把氧氣完全消耗；避免了燃燒匙伸入集氣瓶時導(dǎo)致的氣體外逸．
方案二：A、步驟Ⅰ中，鼓入空氣的體積至少應(yīng)該使紅磷露出水面，該選項(xiàng)說法不正確；
B、步驟Ⅱ中，紅磷燃燒時應(yīng)該關(guān)閉止水夾a和b，該選項(xiàng)說法不正確；
C、步驟Ⅲ中，若未冷卻至室溫就打開止水夾b，會使進(jìn)入集氣瓶中的水偏少，從而導(dǎo)致測得的V₂數(shù)值偏高，該選項(xiàng)說法正確；
D、步驟Ⅳ中，氧氣的體積分?jǐn)?shù)為：$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%，該選項(xiàng)計算正確．
故選：CD．

點(diǎn)評 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是物質(zhì)之間相互作用的外在表現(xiàn)，因此要學(xué)會設(shè)計實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)，為揭示物質(zhì)之間相互作用的實(shí)質(zhì)奠定基礎(chǔ)．