Question

14．某化學(xué)興趣活動小組為測定空氣中氧氣的含量，進(jìn)行如下探究實驗：

（1）如圖1所示，在一個具有刻度和可以滑動的活塞的玻璃容器中放入一粒白磷（白磷燃燒所需的最低溫度為40℃），將玻璃容器固定好，放在盛有85℃熱水的燒杯上．請回答下列問題：①實驗中可以看到玻璃容器內(nèi)
白磷燃燒時的現(xiàn)象是產(chǎn)生大量白煙，該反應(yīng)的符號表達(dá)式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．實驗結(jié)束后，恢復(fù)至常溫，活塞應(yīng)停在刻度4處，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是：白磷燃燒消耗了空氣中氣態(tài)的氧氣而生成了固態(tài)的五氧化二磷，從而使玻璃容器內(nèi)的氣體體積減�。ㄌ睢霸龃蟆�、“減小”或“不變”）．
②玻璃容器內(nèi)余下的氣體主要是氮氣．
③此反應(yīng)中白磷要過量，目的是除盡氧氣．
（2）小軍根據(jù)燃燒紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗原理，認(rèn)為可用木炭代替紅磷測定空氣中氧氣的含量，并按圖2裝置進(jìn)行實驗．他依據(jù)的實驗原理可能是通過可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測定出氧氣的體積．
①小軍檢查裝置氣密性后，將盛有足量紅熱木炭的燃燒匙迅速伸入集氣瓶中，并把塞子塞緊，待紅熱的木炭熄滅并冷卻至室溫后，打開彈簧夾，并未發(fā)現(xiàn)倒吸現(xiàn)象．經(jīng)過認(rèn)真分析，小軍發(fā)現(xiàn)實驗失敗的原因是集氣瓶中的壓強(qiáng)沒有變化．
②小軍反思上述實驗的探究過程后認(rèn)為：用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在藥品的選擇或生成物的要求上應(yīng)考慮的是（答一條）能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．

Answer 1

分析 （1）白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)象為黃色火焰，冒出大量白煙；空氣主要是由氮氣和氧氣組成的，其中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為五分之一；實驗成功的關(guān)鍵為白磷過量、反應(yīng)充分、氣密性良好等；
（2）根據(jù)題目是在研究空氣成分的測定的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗改進(jìn)的設(shè)計探究題．這就需要首先弄清楚該實驗的基本原理，只有原理清楚，在原理的指導(dǎo)下才能夠進(jìn)行有效的改性．本實驗是借助能夠和空氣中某一成分的反應(yīng)消耗掉裝置內(nèi)氣體，并且通過等體積外界氣體的進(jìn)入實現(xiàn)對消耗氣體體積的測定．所以在實驗中要保證裝置的氣密性良好，要保證對氣體的盡可能消耗，同時要防止生成新的氣體，即反應(yīng)所使用物品必須本身是非氣體（這樣可以多加，利于對氧氣的盡可能消耗），同時生成物也不能是氣體（保證外界液體的等量進(jìn)入）．

解答 解：（1）白磷能與空氣中的氧氣反應(yīng)，發(fā)出黃色火焰，冒出大量白煙，白煙是五氧化二磷，該反應(yīng)的化學(xué)式表達(dá)式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．活塞在整個實驗中的運動狀況是：因為白磷燃燒放出大量的熱，溫度升高，壓強(qiáng)增大，活塞先向右，溫度降低后，壓強(qiáng)減小，活塞向左運動，最后停在刻度4處．
空氣主要是由氮氣和氧氣組成的，因此，白磷消耗完氧氣后剩余的氣體主要是氮氣；空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為五分之一；實驗成功的關(guān)鍵為白磷過量、反應(yīng)充分、氣密性良好等，白磷過量是為了除盡氧氣；
（2）實驗原理是通過可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測定出氧氣的體積．所以改進(jìn)實驗要建立的此原理上．至于實驗出現(xiàn)的失敗，就與該原理有關(guān)，與是否能夠消耗氧氣有關(guān)，與能否完全消耗氧氣有關(guān)，與外界氣體能否有效進(jìn)入有關(guān)，而在具體回答是要結(jié)合本題的環(huán)境來回答：木炭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w或者一氧化碳?xì)怏w，不能使內(nèi)部氣壓減少，從而導(dǎo)致不能使外界液體進(jìn)入．總結(jié)以上分析，在選擇該實驗的替代物質(zhì)時，物質(zhì)應(yīng)該滿足：能夠和氧氣等單一物質(zhì)反應(yīng)，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠想辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．
故：
通過可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測定出氧氣的體積．
①裝置內(nèi)外沒有明顯的氣壓變化（也可以從生成物是氣體考慮）．故答案為：集氣瓶中的壓強(qiáng)沒有變化．
②能夠和氧氣等單一物質(zhì)反應(yīng)，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠像辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．故答案為：要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．
答案：
（1）①產(chǎn)生大量白煙；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，4，氧氣，五氧化二磷，減��；②氮氣；  ③除盡氧氣．
（2）通過可燃物消耗氧氣使裝置內(nèi)氣壓減小，外界液體就可以等體積進(jìn)入，從而測定出氧氣的體積；
①集氣瓶中的壓強(qiáng)沒有變化；
②能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體．

點評 解決探究性實驗題要過“三關(guān)”，即：審題觀，要做到看清題中所講的化學(xué)過程、看清題設(shè)條件、看清要解決的問題；分析觀，想化學(xué)過程所涉及的化學(xué)概念和所用的化學(xué)原理、想所給條件與所求問題的關(guān)系、想有無隱含條件及題目考查的內(nèi)容；解達(dá)觀，根據(jù)題意和條件，選擇最佳的答題方法，實驗驗證所選取的試劑要易得，操作要簡單，現(xiàn)象要明顯，結(jié)論要可靠．