Question

16．空氣中氧氣含量測(cè)定的再認(rèn)識(shí)．
Ⅰ．【實(shí)驗(yàn)回顧】如圖是實(shí)驗(yàn)室用紅磷燃燒來(lái)粗略測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置．
（1）寫(xiě)出紅磷燃燒的化學(xué)方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅，現(xiàn)象是紅磷劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙．
（2）實(shí)驗(yàn)原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶?jī)?nèi)氣壓減小，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(cè)量進(jìn)入瓶中水的體積，能粗略測(cè)得空氣中氧氣的含量．
【問(wèn)題提出】有實(shí)驗(yàn)資料表明：燃燒過(guò)程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7% 時(shí)，紅磷就無(wú)法繼續(xù)燃燒，因此通過(guò)上述實(shí)驗(yàn)，測(cè)置結(jié)果與理論值誤差較大．
Ⅱ．【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】
根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設(shè)計(jì)如圖實(shí)驗(yàn)裝置，再次測(cè)定空氣中氧氣含量．裝置中飽和食鹽水、活性炭會(huì)加速鐵生銹．測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表

測(cè)量項(xiàng)目	實(shí)驗(yàn)前	實(shí)驗(yàn)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(dá)】
（1）鐵生銹過(guò)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[Fe（OH）₂]，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+O₂+2H₂O=2Fe（OH）₂．
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是20.2%（計(jì)算結(jié)果精確到0.1%）．
（3）從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更髙的原因是：
①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．②測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；（寫(xiě)一條）
III．四硫化鈉（Na₂S₄）固體可替代紅磷測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，反應(yīng)原理為：2Na₂S₄+O₂+2H₂O═8S↓+4NaOH
【查閱資料】①Na₂S₄受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫．
②硫代硫酸鈉（Na₂S₂O₃）可溶于水，常溫下與NaOH溶液不反應(yīng)．
③NaOH溶液可吸收硫化氫和二氧化碳．
【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】
①取0.5g碳酸鈉、0.2g硫粉混合后置于試管中，加入（如圖①所示，夾持裝置已略去），制得Na₂S₄，反應(yīng)為：4Na₂CO₃+12S+X$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，X的化學(xué)式為O₂；

②冷卻后，取下棉花，放置一段時(shí)間，再向該試管中加入10mL水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩．測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₁（如圖②所示）；
③將該試管插入水中（如圖③所示），拔下橡膠塞，觀察到有淡黃色固體生成，水進(jìn)入試管內(nèi)，進(jìn)入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一，塞緊橡膠塞．將試管取出，倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離h₂，記錄數(shù)據(jù)h₂．理論上h₂：h₁=5：4；
④【反思與評(píng)價(jià)】實(shí)驗(yàn)過(guò)程①中要塞氫氧化鈉溶液的棉花的原因是吸收生成的二氧化碳?xì)怏w和有毒的硫化氫氣體；若實(shí)驗(yàn)過(guò)程②中，冷卻取下棉花后，未放置一段時(shí)間即進(jìn)行后續(xù)操作，測(cè)定結(jié)果偏�。ㄌ睢捌�大”、“偏小”或“無(wú)影響”），理由是：試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．

Answer 1

分析 Ⅰ．（1）根據(jù)紅磷燃燒生成五氧化二磷以及燃燒的現(xiàn)象進(jìn)行解答；
Ⅱ．【交流表達(dá)】根據(jù)鐵生銹的知識(shí)進(jìn)行分析解答即可．
Ⅲ．【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目不變；③根據(jù)四硫化鈉和氧氣、水反應(yīng)生成硫和氫氧化鈉，會(huì)使得試管內(nèi)壓強(qiáng)變小以及空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一進(jìn)行解答；
④【解釋與結(jié)論】根據(jù)空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)進(jìn)行解答；
【反思與評(píng)價(jià)】二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)以及Na₂S₄受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性）進(jìn)行解答；
根據(jù)未放置一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異進(jìn)行解答．

解答 解：
Ⅰ．（1）該實(shí)驗(yàn)中可以觀察到：發(fā)出黃光，放出熱量，產(chǎn)生大量的白煙，冷卻后打開(kāi)彈簧夾燒杯中的水倒流進(jìn)廣口瓶約占瓶?jī)?nèi)水面上容積的五分之一；此反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
Ⅱ．【交流表達(dá)】（1）根據(jù)鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，可知反應(yīng)物、生成物，故該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（2）根據(jù)反應(yīng)前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分?jǐn)?shù)為：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%，故填：20.2%；
（3）使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)考慮導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確，故填：鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．
Ⅲ．【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】①根據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類和數(shù)目不變和4Na₂CO₃+12S+x $\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2Na₂S₄+2Na₂S₂O₃+4CO₂，可知X的化學(xué)式為O₂；故填：O₂
③四硫化鈉和氧氣、水反應(yīng)生成硫和氫氧化鈉，會(huì)使得試管內(nèi)壓強(qiáng)變小，將該試管插入水中（如圖3所示），拔下橡膠塞，觀察到水進(jìn)入試管內(nèi)，進(jìn)入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一；空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一，將試管取出，倒轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，測(cè)量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h₂．理論上h₂：h₁=5：4；故填：水進(jìn)入試管內(nèi)，進(jìn)入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一；5：4；
④【解釋與結(jié)論】空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{11-8.7}{11}$×100%=20.9%；故填：20.9；
【反思與評(píng)價(jià)】二氧化碳和NaOH溶液反應(yīng)生成碳酸鈉和水，Na₂S₄受熱時(shí)，會(huì)與空氣中的水蒸氣反應(yīng)，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性），所以蘸有濃NaOH溶液的棉花的作用是吸收生成的二氧化碳?xì)怏w和有毒的硫化氫氣體，未放置一段時(shí)間會(huì)導(dǎo)致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．故填：試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．
答案：
Ⅰ．（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；紅磷劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙；
Ⅱ．【交流表達(dá)】
（1）2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（2）20.2%；
（3）①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．②測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．
Ⅲ．
①O₂
③有淡黃色固體生成，水進(jìn)入試管內(nèi)，進(jìn)入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一；  5：4；
④吸收生成的二氧化碳?xì)怏w和有毒的硫化氫氣體；   偏��； 試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是氧氣的含量的測(cè)定以及實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，完成此題可以依據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行，請(qǐng)注意題目中要求寫(xiě)化學(xué)表達(dá)式．