Question

18．空氣是一種寶貴的自然資源．某興趣小組的同學在實驗室欲用圖1所示裝置粗略測定空氣中氧氣的含量．
【實驗回顧】
（1）寫出紅磷燃燒的文字表達式：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內壓強減小，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】有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數低于7% 時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實驗，測定結果與理論值誤差較大．那么，能否設計一套實驗裝置使測定結果更為準確呢？
【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)生化學反應．
2．飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹．
【實驗改進】
方案一：Ⅰ．同學們根據鐵在空氣中生銹的原理設計如圖2的實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．
Ⅱ．測得實驗數據如下表：

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（扣除內容物）和導管的體積
體積/ml	80.0	54.5	126.0

【交流表達】
（1）根據上表數據計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是20.2%（計算結果精確到0.1%）．
（2）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更高的原因是：①能夠把氧氣完全消耗；②避免了燃燒匙伸入集氣瓶時導致的氣體外逸．
方案二：同學們又設計了如圖3所示的實驗裝置，實驗步驟如下（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，測得進入量筒中水的體積為V₁；
II．強光照射引燃白磷；
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數．
下列有關這個實驗的說法中，正確的是CD（填字母）．
A．步驟I中，俯視量筒讀數會使測得的V₁數值偏低
B．步驟II中，白磷燃燒時可以不關閉止水夾a和b
C．步驟III中，未冷卻至室溫會使測得的V₂數值偏高
D．步驟IV中，求得氧氣的體積分數等于$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%

Answer 1

分析 紅磷在空氣中能夠劇烈燃燒，產生大量白煙，放出熱量，生成白色固體五氧化二磷；
根據提供的數據可以計算空氣中氧氣的體積分數；
不同的實驗裝置，優(yōu)缺點不同．
方案二：根據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行分析．

解答 解：【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）紅磷燃燒的現象是：劇烈燃燒，產生大量白煙，放出熱量；紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
故填：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內壓強減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．故填：壓強．
【交流表達】
（1）改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是：$\frac{80.0mL-54.5mL}{126.0mL}$×100%=20.2%．
故填：20.2%．
（2）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更髙的原因是：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致的氣體外逸．
方案二：A、步驟Ⅰ中，鼓入空氣的體積至少應該使紅磷露出水面，該選項說法不正確；
B、步驟Ⅱ中，紅磷燃燒時應該關閉止水夾a和b，該選項說法不正確；
C、步驟Ⅲ中，若未冷卻至室溫就打開止水夾b，會使進入集氣瓶中的水偏少，從而導致測得的V₂數值偏高，該選項說法正確；
D、步驟Ⅳ中，氧氣的體積分數為：$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%，該選項計算正確．
故選：CD．

點評 實驗現象是物質之間相互作用的外在表現，因此要學會設計實驗、觀察實驗、分析實驗，為揭示物質之間相互作用的實質奠定基礎．