Question

12．圖1甲所示為測定空氣中氧氣含量的裝置及藥品．

（1）市場銷售“暖寶寶”中發(fā)熱劑的主要成分是：鐵粉、炭粉、水和食鹽等，反應原理可以簡化為鐵生銹．發(fā)熱劑在密封的塑料包裝袋內并未發(fā)熱，原因是鐵生銹需要消耗氧氣，密封的塑料包裝袋中沒有氧氣．小明用配制的發(fā)熱劑按圖1乙裝置實驗，他不是將足量的發(fā)熱劑堆在瓶底，而是將其涂抹在廣口瓶內壁的四周，這樣做的目的是增加與裝置內氧氣的接觸面積，加快反應速率，也使氧氣反應更徹底，結果更準確．
（2）小紅在實驗中思考，能否用其它的物質代替紅磷完成實驗．她進行了下列探究．
【查閱資料】①二氧化碳極易與氫氧化鈉溶液發(fā)生反應，生成碳酸鈉和水；②在規(guī)定的條件下，物質在氧氣、氮氣混合氣流中，維持穩(wěn)定燃燒所需的最低氧氣濃度（以氧氣所占的體積百分數(shù)表示）叫氧指數(shù)．氧指數(shù)高表示材料不易燃，氧指數(shù)低表示材料容易燃燒．一般認為：氧指數(shù)＜27%屬易燃材料，27%≤氧指數(shù)＜32%屬可燃材料，氧指數(shù)≥32%屬難燃材料．
下面是一些常見物質氧指數(shù)．

可燃物	紅磷	木炭	硫	蠟燭	鐵絲
氧指數(shù)	0.5%	4%	4.5%	15%	60%

①寫出鐵在氧氣中燃燒的文字（或符號）表達式鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵或者3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
②由上表可知紅磷是易燃材料，鐵是難燃材料（填“易燃”“可燃”或“難燃”）．實驗甲中不能（填“能”或“不能”）用鐵絲代替紅磷．
③在測定空氣中氧氣含量的實驗中，我們通常選擇紅磷燃燒而不選擇木炭或硫的主要原因是空氣中氧氣含量測定需要選擇本身在空氣能夠只和氧氣反應，本身不是氣體且對應的生成物也不是氣體，木炭和硫對應的生成物都是氣體．
④如果一定要用木炭代替紅磷做這個實驗，只要對實驗稍作改進即可，需要對實驗改進的是將燒杯中的水換成氫氧化鈉溶液．
⑤既使這樣改進后，根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知：仍然沒有用紅磷燃燒好，原因是：木炭燃燒需要的最低氧氣濃度比紅磷的高，也就是充分反應后殘留的氧氣依舊高于紅磷．
⑥蠟燭（足量）在如圖2裝有空氣的密閉的集氣瓶內燃燒至熄滅，下列判斷錯誤的是ABCD．
A．蠟燭燃燒前瓶內只有氧氣
B．蠟燭熄滅后，集氣瓶內已無氧氣
C．反應過程中瓶內物質發(fā)生了化合反應
D．蠟燭熄滅后瓶內只剩二氧化碳氣體
（3）已知碳充分燃燒生成二氧化碳，不充分燃燒產生一氧化碳．現(xiàn)有m克碳和n克氧氣的混合物，在密閉容器中持續(xù)加熱至反應停止．反應后經測定瓶中為二氧化碳和一氧化碳的混合氣體，則m/n的比值范圍為$\frac{3}{8}$∽$\frac{3}{4}$（只要求寫結果）．

Answer 1

分析 （1）暖寶寶在使用的時候是打開外層的塑料包裝袋后才能發(fā)熱的，說明在沒打開前內部是沒有氧氣的，也就是不會生銹發(fā)熱．由于反應物直接接觸面積越大，反應越快，所以采取涂在瓶壁上增大接觸面積，從而加快反應速率也能使裝置的氧氣反應更充分．
（2）根據(jù)表格和給出的信息進行分析解答，書寫對應的化學方程式等；
蠟燭（足量）在如圖2裝有空氣的密閉的集氣瓶內燃燒至熄滅，反應前裝置內是空氣，蠟燭熄滅后根據(jù)（2）表格可知氧氣的最低濃度還在15%這個信息進行分析解答；
（3）根據(jù)木炭充分燃燒和不充分燃燒兩種情況計算確定．

解答 解：
（1）市場銷售“暖寶寶”中發(fā)熱劑的主要成分是：鐵粉、炭粉、水和食鹽等，反應原理可以簡化為鐵生銹．發(fā)熱劑在密封的塑料包裝袋內并未發(fā)熱，而暖寶寶在使用中打開塑料包裝袋才能發(fā)揮作用可知，鐵生銹需要消耗氧氣，密封的塑料包裝袋中沒有氧氣．小明用配制的發(fā)熱劑按圖1乙裝置實驗，他不是將足量的發(fā)熱劑堆在瓶底，而是將其涂抹在廣口瓶內壁的四周，由于反應速率與反應物直接的接觸面積有關，而涂抹在瓶壁上增大了發(fā)熱劑與氧氣的接觸面積，會加快反應，也能使裝置內的氧氣反應更充分．故填：增加與裝置內氧氣的接觸面積，加快反應速率，也使氧氣反應更徹底，結果更準確．
（2）

可燃物	紅磷	木炭	硫	蠟燭	鐵絲
氧指數(shù)	0.5%	4%	4.5%	15%	60%

所謂氧指數(shù)，是該物質在空氣中燃燒需要的最低氧氣的濃度，也就是在該濃度及以下，對應物質的燃燒中止．所以可以看出當物質熄滅時不是沒有氧氣了，而是里面的氧氣濃度低到不足以繼續(xù)支持該物質的燃燒了．
①鐵在氧氣中燃燒，是鐵和氧氣在點燃的條件下生成四氧化三鐵，對應的文字（或符號）表達式為：鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵或者3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
②由上表和給出的信息可知：紅磷是 易燃材料，鐵是 難燃材料．由于鐵絲屬于難燃物質，所以在空氣中不能燃燒，因此實驗甲中不能用鐵絲代替紅磷．
③在測定空氣中氧氣含量的實驗中，我們通常選擇紅磷燃燒而不選擇木炭或硫的主要原因是 空氣中氧氣含量測定需要選擇本身在空氣能夠只和氧氣反應，本身不是氣體且對應的生成物也不是氣體，木炭和硫對應的生成物都是氣體．
④如果一定要用木炭代替紅磷做這個實驗，只要對實驗稍作改進即可，需要對實驗改進的是將燒杯中的水換成 氫氧化鈉溶液（這是建立在假設只生成二氧化碳的基礎上的，所以即使改進也無法得到準確的結論，因為氧氣濃度較低時還會生成一氧化碳，而一氧化碳不和氫氧化鈉反應）．
⑤既使這樣改進后，根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知：仍然沒有用紅磷燃燒好，原因是：木炭燃燒需要的最低氧氣濃度比紅磷的高，也就是充分反應后殘留的氧氣依舊高于紅磷．
⑥蠟燭（足量）在如圖2裝有空氣的密閉的集氣瓶內燃燒至熄滅，而蠟燭熄滅時，根據(jù)（2）表格可知氧氣的最低濃度還在15%．
A．蠟燭燃燒前瓶內是空氣，而不只有氧氣．錯誤
B．蠟燭熄滅后根據(jù)（2）表格可知氧氣的最低濃度還在15%，所以還有氧氣．錯誤；
C．反應過程中瓶內物質是蠟燭和氧氣反應生成二氧化碳和水，不是化合反應．錯誤；
D．蠟燭熄滅后，根據(jù)（2）表格可知氧氣的最低濃度還在15%瓶還有其他氣體，所以不只剩二氧化碳氣體．錯誤；
故選：ABCD．
（3）當碳充分燃燒生成二氧化碳時
C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂
12   32
3      8
2C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2CO
24   32
3     4
由于既有二氧化碳也有一氧化碳，所以m/n的比值范圍為 $\frac{3}{8}$∽$\frac{3}{4}$．
故答案為：
（1）鐵生銹需要消耗氧氣，密封的塑料包裝袋中沒有氧氣；增加與裝置內氧氣的接觸面積，加快反應速率，也使氧氣反應更徹底，結果更準確．
（2）
①鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵或者3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
②易燃；難燃； 不能；
③空氣中氧氣含量測定需要選擇本身在空氣能夠只和氧氣反應，本身不是氣體且對應的生成物也不是氣體，木炭和硫對應的生成物都是氣體．
④氫氧化鈉溶液．
⑤炭燃燒需要的最低氧氣濃度比紅磷的高，也就是充分反應后殘留的氧氣依舊高于紅磷．
⑥ABCD．
（3）$\frac{3}{8}$∽$\frac{3}{4}$．

點評 根據(jù)信息結合原有只是進行分析可知，燃燒不僅需要氧氣，不同物質對氧氣的濃度要求也不相同．