Question

【題目】二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用圖1裝置定量的研究了空氣的成分。仿照這個歷史上著名實驗的原理，用圖2所示裝置來測定空氣中氧氣的含量。

（實驗回顧）圖2是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。寫出紅磷燃燒的符號表達式____。此實驗不僅可以測定氧氣占空氣的體積分數(shù)，還可以說明氮氣具有的化學(xué)性質(zhì)是______（只需寫一點）。

（分析討論）用紅磷燃燒的方法測出的氧氣含量總是低于21%，有沒有其他物質(zhì)可以代替紅磷進行實驗而使實驗結(jié)果更準確呢？

（實驗改進1）同學(xué)們用蠟燭代替紅磷測定空氣中氧氣的含量，發(fā)現(xiàn)蠟燭很快熄滅，回流到集氣瓶中的水遠遠小于瓶中氣體體積的1/5。是什么原因所致呢？

（猜想與假設(shè)）猜想①：蠟燭燃燒產(chǎn)生CO2氣體；猜想②：__________。

（實驗驗證）將蠟燭點燃后用氧氣傳感器定量測定瓶中的氧氣含量，數(shù)據(jù)如圖3。

（得出結(jié)論）空氣中氧氣體積分數(shù)降低了______％。

（查閱資料）在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們查閱了紅磷、白磷、蠟燭等可燃物燃燒所需要的最低含氧量以及其他信息如下：

資料1：

可燃物名稱	紅磷	白磷	蠟燭
最低含氧量/%	8.0	4.0	16.0

甲、乙、丙三個小組分別用過量紅磷、白磷、蠟燭進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應(yīng)后的氧氣濃度分別為8.85%、3.21%、16.7%，數(shù)據(jù)與表中的理論值基本一致。其中蠟燭燃燒后用測一氧化碳濃度傳感器測算一氧化碳濃度約為2%。

資料2：二氧化碳因與氫氧化鈉溶液發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，實驗室常用氫氧化鈉溶液來吸收二氧化碳。

資料3：蠟燭或者木炭在密閉的集氣瓶中燃燒，氧氣濃度不斷變小的同時，會有一氧化碳氣體生成。常溫下一氧化碳難溶于水，且不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

（交流與討論）根據(jù)以上信息回答下列問題：

①白磷和紅磷相比，使用白磷能使結(jié)果更準確，其原因是__________。

②有同學(xué)提議選用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預(yù)先放少量氫氧化鈉溶液吸收生成的二氧化碳氣體，小華覺得不可行，其主要原因是___________。

（實驗改進2）食品脫氧劑（以鐵粉為主的物質(zhì)組成）能通過化學(xué)反應(yīng)除去密閉包裝袋中的氧氣，使食品處于無氧狀態(tài)。同學(xué)們嘗試用圖4裝置進行實驗來測定空氣中氧氣的含量。

下表是實驗過程中記錄的有關(guān)數(shù)據(jù)：

實驗所需的時間/min	0	5	10	30	35	45
量筒中液面的刻度/mL	50	35	27.5	19.7	19.7	19.7

①脫氧劑發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，首先是鐵粉與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵固體，寫出該反應(yīng)的符號表達式________。

②分析表中數(shù)據(jù)得知，至少經(jīng)過________分鐘后，量筒中的液面不再下降。

③根據(jù)表中實驗數(shù)據(jù)進行推算，廣口瓶中氧氣的體積分數(shù)約為__________(結(jié)果精確到0.1%)

（實驗拓展）鐵在不同的條件下與氧氣反應(yīng)可生成不同種鐵的氧化物， 58g四氧化三鐵與多少克氧化鐵（Fe2O3）中所含鐵元素質(zhì)量相等？_______（寫出計算過程）

p>（實驗評價）與燃燒紅磷法相比，用脫氧劑測定空氣中氧氣含量的優(yōu)點是__________。

Answer 1

【答案】P+O2 P2O5 不燃燒、不支持燃燒。 裝置漏氣或沒有冷卻就打開彈簧夾或反應(yīng)生成了一氧化碳。 5.18％。 白磷消耗氧氣更徹底。 木炭在氧氣濃度較低時會生成一氧化碳氣體，一氧化碳難溶于水且不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。 2Fe + O2 + 2H2O2Fe(OH)2 30 20.2%。 60g 氧氣消耗更徹底，使測定結(jié)果更準確或?qū)嶒炦^程中（或?qū)嶒炦^程中，裝置始終密閉，減少了誤差）

【解析】

測定空氣中氧氣含量利用的原理是，密閉容器內(nèi)氣體減少壓強變小，在大氣壓的作用下，水會被壓進容器中。

[實驗回顧]紅磷燃燒生成五氧化二磷，此實驗還可說明氮氣不燃燒、不支持燃燒。[猜想與假設(shè)]還可能是裝置漏氣或沒有冷卻就打開彈簧夾或反應(yīng)生成了一氧化碳。[得出結(jié)論]空氣中氧氣體積分數(shù)降低了：21%-15.82%=5.18%[交流與討論]①根據(jù)題給信息知道，白磷和紅磷相比，白磷消耗氧氣更徹底，使用白磷能使實驗結(jié)果更準確。②木炭在氧氣濃度較低時會生成一氧化碳氣體，一氧化碳難溶于水且不與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，使實驗結(jié)果偏小。[實驗改進2]①根據(jù)題給信息，鐵粉與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵。②分析表中數(shù)據(jù)可知，至少經(jīng)過30分鐘后，量筒中的液面不再下降。③廣口瓶中氧氣的體積分數(shù)約為：×100%=20.2%[實驗拓展]設(shè)58g四氧化三鐵與x克氧化鐵（Fe2O3）中所含鐵元素質(zhì)量相等，則58g×=x×，解得x=60g[實驗評價]與燃燒紅磷法相比，用脫氧劑測定空氣中氧氣含量的優(yōu)點是實驗過程中，裝置始終密閉，減少了誤差。