Question

4．“空氣中氧氣含量的測(cè)定”有多種方法．甲生設(shè)計(jì)了如圖1如示的實(shí)驗(yàn)方案：在燃燒匙內(nèi)盛過(guò)量紅磷，點(diǎn)燃后立即插入集氣瓶?jī)?nèi)，塞緊橡皮塞，待紅磷火焰熄滅，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾，水注入集氣瓶．回答下列問(wèn)題：

（1）反應(yīng)結(jié)束后，打開鐵夾，水自動(dòng)注入集氣瓶的直接原因是裝置內(nèi)的壓強(qiáng)小于外界的氣壓
（2）乙生也設(shè)計(jì)了一個(gè)如圖2所示的實(shí)驗(yàn)方案，裝置和操作同甲類似，只不過(guò)用硫粉代替了紅磷，并增加了滴管．要使實(shí)驗(yàn)成功，乙在滴管中應(yīng)加入氫氧化鈉溶液，可在反應(yīng)后滴入，用于吸收燃燒產(chǎn)物，寫出該溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．（提示：生成物是亞硫酸鈉和水．）
（3）丙生想利用氧氣和某種金屬的反應(yīng)，來(lái)測(cè)定空氣中的氧氣含量．他選擇利用下列儀器、藥品：
（4）①帶瓶塞的容積為V的燒瓶  ②電子天平（稱量精度為0.01克）
③酒精燈                     ④某種金屬粉末．
他的實(shí)驗(yàn)步驟如下：準(zhǔn)確稱量某種金屬粉末的質(zhì)量M（足量），將其放入燒瓶，塞緊瓶塞，加熱一段時(shí)間后（設(shè)金屬不于其他氣體反應(yīng)），倒出燒瓶中粉末，并稱其質(zhì)量N（設(shè)氧氣的密度為ρ）．則氧含量為$\frac{N-M}{Vρ}$（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）空氣成分的測(cè)定實(shí)驗(yàn)的原理是利用某種物質(zhì)燃燒消耗空氣中某一成分，導(dǎo)致裝置內(nèi)的壓強(qiáng)減小，從而使等體積液體倒流進(jìn)入裝置內(nèi)．液體倒流的直接原因是裝置內(nèi)外的壓強(qiáng)差，最根本的原因是物質(zhì)燃燒對(duì)氣體的消耗．這就要求生成物不能是氣體，而當(dāng)生成物為氣體時(shí)，我們就必須想辦法讓液體能夠和生成的氣體反應(yīng)或者溶解．
（2）乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)中生成二氧化硫氣體，借助二氧化硫的溶解性當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)目的，但是為了促進(jìn)溶解進(jìn)行，或者叫啟動(dòng)反應(yīng)的發(fā)生，我們可以借助更快捷的反應(yīng)就是氫氧化鈉溶液來(lái)吸收二氧化硫，這樣水就能夠更迅速進(jìn)入裝置內(nèi)去溶解二氧化硫．
（4）對(duì)于使用天平來(lái)測(cè)定，要學(xué)會(huì)倒推，知道質(zhì)量就可以根據(jù)密度求體積，所以要根據(jù)操作去分析實(shí)驗(yàn)的思路和原理．

解答 解：（1）空氣成分的測(cè)定實(shí)驗(yàn)的原理是利用某種物質(zhì)燃燒消耗空氣中某一成分，導(dǎo)致裝置內(nèi)的壓強(qiáng)減小，從而使等體積液體倒流進(jìn)入裝置內(nèi)．液體倒流的直接原因是裝置內(nèi)外的壓強(qiáng)差，最根本的原因是物質(zhì)燃燒對(duì)氣體的消耗．這就要求生成物不能是氣體，而當(dāng)生成物為氣體時(shí)，我們就必須想辦法讓液體能夠和生成的氣體反應(yīng)或者溶解．
（2）乙同學(xué)實(shí)驗(yàn)中生成二氧化硫氣體，借助二氧化硫的溶解性當(dāng)然可以實(shí)現(xiàn)目的，但是為了促進(jìn)溶解進(jìn)行，或者叫啟動(dòng)反應(yīng)的發(fā)生，氫氧化鈉溶液來(lái)吸收二氧化硫，這樣水就能夠更迅速進(jìn)入裝置內(nèi)去溶解二氧化硫．
（4）根據(jù)題目中給定的天平和燒瓶體積的信息，可以稱量金屬在反應(yīng)前后質(zhì)量的變化，從而計(jì)算消耗的氧氣的質(zhì)量，根據(jù)氧氣的密度求出氧氣的體積，從而求出空氣中氧氣的含量．則氧含量為：$\frac{N-M}{ρ}÷V$=$\frac{N-M}{Vρ}$；
故答案：
（1）裝置內(nèi)的壓強(qiáng)小于外界的氣壓；
（2）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）$\frac{N-M}{Vρ}$．

點(diǎn)評(píng) 要在實(shí)驗(yàn)改進(jìn)中學(xué)會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)的操作來(lái)研究實(shí)驗(yàn)的思路，例如本題在天平上就要結(jié)合題目中提供的操作過(guò)程去猜想實(shí)驗(yàn)思路．