5.空氣中氧氣含量測定的再認識.
【實驗回顧】如圖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.
①用彈簧夾夾緊橡皮管.
②點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷,立即伸入瓶中并塞緊塞子.
③待裝置冷卻后打開彈簧夾.
④觀察并記錄水面的變化情況.
【實驗反思】多次實驗,反向集氣瓶內(nèi)上升的水的體積始終小于瓶內(nèi)原空氣體積的$\frac{1}{5}$.
【實驗改進1】
I.根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理(鐵與氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成鐵銹)設(shè)計圖2實驗裝置,再次測定空氣中氧氣含量.裝置中的食鹽水和活性炭會加速鐵生銹.
II.測得實驗數(shù)據(jù)如下表
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 | 集氣瓶(扣除內(nèi)容物)和導(dǎo)管的容積 |
體積/mL | 80.0 | 54.5 | 126.0 |
【交流表達】
(1)鐵生銹過程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng),首先是鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵,寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+2H
2O+O
2=2Fe(OH)
2,基本反應(yīng)類型是化合反應(yīng).
(2)根據(jù)表數(shù)據(jù)計算,改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是20.2%.(消耗的水的體積忽略不計,計算結(jié)果保留一位小數(shù)).
【猜想與假設(shè)】根據(jù)鐵生銹的原理,某同學(xué)對最終生成的鐵銹的好主意成分作出猜想:(Ⅰ)氧化鐵(Ⅱ)碳酸鐵,你認為猜想(Ⅱ)(填序號)一定是錯誤的,理由是化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變.
【實驗改進2】實驗如圖3裝置進行實驗.實驗前應(yīng)先進行的操作是檢查裝置的氣密性.
【實驗過程】步驟1:在注射器放入裝有足量鐵粉、活性炭粉的浸有食鹽水的紙袋,封閉.
步驟2:打開彈簧夾,將活塞向右拉至一定距離,關(guān)閉彈簧夾.
步驟3:不斷輕輕晃動注射器,至活塞位置不再發(fā)生變化.
【數(shù)據(jù)處理】實驗中需要記錄的數(shù)據(jù)是注射器中原來的空氣體積,反應(yīng)后剩余氣體的體積.
計算得出氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$.
【實驗評價】與燃燒紅磷法相比,用改進實驗測定空氣中氧氣含量的優(yōu)點是鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底,使實驗結(jié)果更準確;測量時考慮到導(dǎo)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.