Question

12．某化學(xué)興趣小組對(duì)“空氣中氧氣含量的測定”展開探究．
【實(shí)驗(yàn)回顧】實(shí)驗(yàn)室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量（如圖1、圖2），紅磷燃燒的符號(hào)表達(dá)式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅．興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠(yuǎn)低于21%．
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】甲同學(xué)認(rèn)為誤差主要是由實(shí)驗(yàn)裝置造成的，于是改用圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．

（1）按圖2裝置實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先進(jìn)行的一步操作是檢查裝置氣密性．實(shí)驗(yàn)中燃燒匙內(nèi)盛放紅磷的量必須足量或過量．
（2）按圖3裝置實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)燃紅磷的方式不同于圖1，而是接通電源使電烙鐵發(fā)熱，點(diǎn)燃紅磷后，斷開電源．與圖2裝置相比，圖3裝置使用電烙鐵可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，其原因是改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而而造成實(shí)驗(yàn)誤差．
【提出問題】在操作規(guī)范的情況下，用改進(jìn)后的裝置測得的氧氣含量約為14%．為什么測量結(jié)果與真實(shí)值仍有較大差距呢？
【查閱資料】燃燒過程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7%時(shí)，紅磷就無法繼續(xù)燃燒．引起本實(shí)驗(yàn)的誤差除裝置外，還與可燃物的性質(zhì)有關(guān)．
【實(shí)驗(yàn)探究1】乙同學(xué)利用圖4裝置測定空氣中氧氣的含量．其中與集氣瓶相連的壓強(qiáng)傳感器等電子設(shè)備能將集氣瓶內(nèi)壓強(qiáng)精確地記錄并保存下來．圖5是用該裝置測得的木炭在集氣瓶中燃燒的壓強(qiáng)-時(shí)間關(guān)系圖（該裝置氣密性良好，P₀是集氣瓶內(nèi)初始?xì)鈮海琍是反應(yīng)結(jié)束時(shí)恢復(fù)到室溫時(shí)集氣瓶內(nèi)的氣壓）．

（3）反應(yīng)開始時(shí)集氣瓶中壓強(qiáng)會(huì)瞬間變大（填“變大”、“變小”或“不變”），原因是木炭燃燒放熱，使瓶內(nèi)溫度升高，壓強(qiáng)增大．
（4）根據(jù)圖5，木炭不可代替紅磷測定空氣中氧氣含量的原因是木炭燃燒雖消耗氧氣但生成二氧化碳，反應(yīng)前后瓶內(nèi)壓強(qiáng)并未發(fā)生明顯變化．
【實(shí)驗(yàn)探究2】已知常溫下鐵與空氣中的氧氣、水反應(yīng)生成鐵銹（主要成分是Fe₂O₃），在有氯化鈉、炭粉存在條件下，反應(yīng)速度較快．丙同學(xué)根據(jù)鐵生銹的原理，探究用鐵能否準(zhǔn)確測定空氣中氧氣的含量，設(shè)計(jì)了圖6所示實(shí)驗(yàn)裝置，8分鐘后測得數(shù)據(jù)如下表：

實(shí)驗(yàn)前的體積		實(shí)驗(yàn)后的體積
集氣瓶內(nèi)空氣	量筒內(nèi)水	量筒內(nèi)剩余水
262mL	180.0mL	127.2mL

（5）丙同學(xué)將鐵粉、炭粉等物質(zhì)不是堆在瓶底，而是撒在浸潤氯化鈉的濾紙條上再貼在廣口瓶內(nèi)側(cè)，其目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面積．
（6）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算空氣中的氧氣含量．（寫出計(jì)算過程，計(jì)算結(jié)果保留到0.1%）
【結(jié)論與反思】通過上述實(shí)驗(yàn)探究，選擇合適的物質(zhì)和實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可較為快速地完成實(shí)驗(yàn)并減小實(shí)驗(yàn)誤差．

Answer 1

分析 【實(shí)驗(yàn)回顧】紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷；
（1）根據(jù)為了保證測定結(jié)果，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先進(jìn)行裝置氣密性的檢驗(yàn)解答；
（2）根據(jù)裝置特點(diǎn)進(jìn)行分析解答；
（3）根據(jù)圖5中反應(yīng)開始時(shí)集氣瓶中壓強(qiáng)瞬間變大的原因是反應(yīng)放熱，導(dǎo)致集氣瓶中的微粒之間的間隔變大，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)增大解答；
（4）碳燃燒生成二氧化碳?xì)怏w；
（5）根據(jù)將其涂抹在廣口瓶內(nèi)壁的四周，這樣做的目的是增大與氧氣的接觸面積，加快緩慢氧化解答；
（6）根據(jù)表中數(shù)據(jù)分析解答；

解答 解：
【實(shí)驗(yàn)回顧】紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，紅磷燃燒的化學(xué)方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（1）為了保證測定結(jié)果，實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先進(jìn)行裝置氣密性的檢驗(yàn)，為了將空氣中的氧氣耗盡，實(shí)驗(yàn)中燃燒匙內(nèi)盛放紅磷的量必須足量或過量；
（2）按圖3裝置實(shí)驗(yàn)，點(diǎn)燃紅磷的方式不同于圖1，而是接通電源使電烙鐵發(fā)熱，點(diǎn)燃紅磷后，斷開電源．與圖2裝置相比，圖3裝置使用電烙鐵可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，其原因是改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而而造成實(shí)驗(yàn)誤差；
（3）圖5中反應(yīng)開始時(shí)集氣瓶中壓強(qiáng)瞬間變大的原因是木炭燃燒放熱，導(dǎo)致集氣瓶中的微粒之間的間隔變大，從而導(dǎo)致壓強(qiáng)增大．
（4）該實(shí)驗(yàn)中不能用木炭燃燒測定空氣中氧氣含量，這是因?yàn)槟咎咳紵�生成二氧化碳�(xì)怏w，會(huì)導(dǎo)致水不能進(jìn)入集氣瓶．
（5）丙同學(xué)將鐵粉、炭粉等物質(zhì)不是堆在瓶底，而是撒在浸潤氯化鈉的濾紙條上再貼在廣口瓶內(nèi)側(cè)，其目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面積；
（6）氧氣的體積=180.0mL-127.2mL=52.8mL，氧氣的含量=$\frac{52.8mL}{262mL}$×100%=20.2%；
答案：
【實(shí)驗(yàn)回顧】4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】（1）檢查裝置氣密性；足量或過量；
（2）改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而而造成實(shí)驗(yàn)誤差；
（3）變大；木炭燃燒放熱，使瓶內(nèi)溫度升高，壓強(qiáng)增大；
（4）木炭燃燒雖消耗氧氣但生成二氧化碳，反應(yīng)前后瓶內(nèi)壓強(qiáng)并未發(fā)生明顯變化；
（5）增大反應(yīng)物之間的接觸面積；
（6）20.2%．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查實(shí)驗(yàn)測定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實(shí)驗(yàn)失敗的原因的分析，理解實(shí)驗(yàn)的原理是解答本題的關(guān)鍵，增加了學(xué)生分析問題的思維跨度，強(qiáng)調(diào)了學(xué)生整合知識(shí)的能力．