Question

13．空氣中氧氣含量測定的再認識．
【經典賞析】教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（實驗裝置如圖1）．該實驗中選擇使用汞的優(yōu)點有BCD．
A．實驗過程中沒有污染
B．在汞槽中起到液封作用
C．生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣
D．能將密閉裝置內空氣中的氧氣幾乎耗盡
【實驗回顧】實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量（裝置如圖2），寫出紅磷燃燒的化學方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于21%．
【提出問題】用紅磷燃燒的方法為什么不能準確地測定空氣中氧氣的含量？
【進行猜想】（1）裝置漏氣；（2）紅磷不足裝置內氧氣有剩余；…
【實驗與交流】在老師的指導下，小明分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，請從燃燒條件的角度回答產生上述結果的主要原因白磷的著火點比紅磷的著火點低．
【實驗探究1】小明根據鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量，于是進行了實驗（裝置如圖3）通過7天測得的數據計算空氣中氧氣的含量為19.13%．
【交流與反思】與用紅磷燃燒的方法相比，用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點及原因：裝置內殘留的氧氣更少，實驗結果更準確．
【實驗探究2】為了加快反應速率，小明通過查閱資料，利用鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質又進行了實驗（裝置如圖4），8分鐘后測得的數據如表：

實驗前的體積		實驗后的體積
集氣瓶內空氣	燒杯內蒸餾水	燒杯內剩余蒸餾水
131mL	90.0mL	63.6mL

請計算出空氣中氧氣含量20.2%（計算結果保留一位小數）
【結論與反思】通過上述實驗探究，選擇鐵粉、炭粉、氯化鈉和蒸餾水（填物質名稱）進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差．
【拓展延伸】銅也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹蝕，生成銅綠[銅綠的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃]，若將圖3裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗，請判斷能否比較準確地測定空氣中氧氣的含量，并說明理由．不能；因為空氣中二氧化碳含量約只有0.03%，銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡．

Answer 1

分析 【經典賞析】根據使用汞的優(yōu)點進行分析解答；
【實驗回顧】根據磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷解答；
【進行猜想】根據本探究實驗一般要注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②所用藥品紅磷的量，必須是足量；③讀數時一定要冷卻到原溫度；④生成物的狀態(tài)一般要求是固態(tài)等．
【實驗與交流】根據白磷的著火點比紅磷的著火點低解答；
【交流與反思】根據用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點裝置內殘留的氧氣更少，實驗結果更準確解答；
【實驗探究2】根據燒杯內蒸餾水減少的體積為氧氣的體積解答；
【結論與反思】根據題中信息分析解答；
【拓展延伸】根據生成銅綠的條件解答．

解答 解：
【經典賞析】
教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（實驗裝置如圖1）．該實驗中選擇使用汞的優(yōu)點有在汞槽中起到液封作用；生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣；能將密閉裝置內空氣中的氧氣集合耗盡，故選BCD；
【實驗回顧】磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
【進行猜想】實驗中所取的紅磷不足（或實驗前沒有夾彈簧夾、實驗裝置可能未冷卻就打開彈簧夾等）；
【實驗與交流】小明分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，請從燃燒條件的角度回答產生上述結果的主要原因白磷的著火點比紅磷的著火點低；
【交流與反思】鐵絲在水、氧氣的條件下很容易生銹，與用紅磷燃燒的方法相比，用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點及原因：裝置內殘留的氧氣更少，實驗結果更準確；
【實驗探究2】
燒杯內蒸餾水減少的體積為氧氣的體積=90mL-63.6mL=26.4mL
空氣中氧氣含量=$\frac{26.4mL}{130mL}×$100%≈20.2%
【結論與反思】
通過上述實驗探究，選擇鐵粉、炭粉、氯化鈉和蒸餾水或白磷等物質進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差．
【拓展延伸】銅也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹蝕，生成銅綠[銅綠的主要成分為Cu₂（OH）₂CO₃]，若將圖3裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗，不能比較準確地測定空氣中氧氣的含量，因為空氣中二氧化碳含量約只有0.03%，銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡．
答案：
【經典賞析】BCD．
【實驗回顧】4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
【進行猜想】紅磷不足；
【實驗與交流】白磷的著火點比紅磷的著火點低；
【交流與反思】裝置內殘留的氧氣更少，實驗結果更準確；
【實驗探究2】20.2%；
【結論與反思】鐵粉、炭粉、氯化鈉和蒸餾水；
【拓展延伸】不能；因為空氣中二氧化碳含量約只有0.03%，銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡．

點評 本考點是用紅磷測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．本考點主要出現在填空題和實驗題中．