Question

14．小麗對家中的家用制氧機產(chǎn)生了濃厚的興趣．她通過閱讀說明書了解到家用制氧機的工作原理如下：
加壓時，裝填在制氧機內部的分子篩吸附空氣中的氮氣，制取高濃度氧氣．減壓時，分子篩將所吸附的氮氣排放．整個過程中，分子篩并不消耗．
小麗用這臺家用制氧機制取并收集了一袋氣體，帶到實驗室對其進行研究．
實驗I：小麗欲通過以下實驗驗證所收集的氣體是否為純凈的氧氣．
【實驗記錄】

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	化學方程式
取一只250mL的集氣瓶，用排水法收集一瓶所帶氣體，然后把一小塊燃著的木炭插入集氣瓶中	木炭燃燒得更旺， 然后慢慢熄滅	化學方程式I

表中，化學方程式I是C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂．
【實驗結論】收集的氣體是純凈的氧氣．
【實驗反思】老師指出上述實驗并不能證明小麗所帶來的氣體一定是純凈的氧氣．該實驗不能證明所收集氣體為純凈氧氣的原因是木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說明集氣瓶中氧氣含量為100%．
實驗II：測定小麗所帶氣體中氧氣的含量．
同學們在老師的指導下設計了如圖（2）所示裝置，進行實驗，并重復多次．
【實驗記錄】

實驗操作		主要實驗現(xiàn)象	實驗結論及解釋
①	檢查裝置的氣密性		裝置的氣密性良好
②	加入藥品，將裝置連接固定
③	打開止水夾a和b，向A中緩慢鼓入一定量氣體后關閉止水夾a和b	A中水進入到B中，B中水的體積為200mL．	收集200mL氣體（由壓強差引起的誤差忽略不計）
④	用凸透鏡聚光引燃白磷	燃燒，產(chǎn)生大量白煙
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，進行操作I	現(xiàn)象I	小麗收集的氣體不是純凈的氧氣

表中，操作I是打開止水夾b；現(xiàn)象I是B中部分水被吸入A中．
【數(shù)據(jù)記錄】

實驗次序	1	2	3	4	5
B中剩余水體積/mL	100	42	39	41	38

【數(shù)據(jù)處理】
已知，在上表數(shù)據(jù)中，第1組數(shù)據(jù)偏差較大，存在明顯誤差，在數(shù)據(jù)處理時應刪去．小麗所帶氣體中氧氣的體積分數(shù)為80%．
【實驗反思】
（1）這臺家用制氧機制氧氣的過程發(fā)生的變化屬于物理變化（填“物理變化”或“化學變化”）．
（2）導致第1組數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差的可能原因是白磷不足．
【拓展探究】
探究小組在查閱資料時發(fā)現(xiàn)：收集氧氣占集氣瓶容積的60%（空氣占40%）時，能使帶火星的木條復燃．那么，使帶火星的木條復燃的氧氣濃度的最低值是多少呢？小組同學對此展開研究．請根據(jù)實驗回答下列問題
（1）寫出甲裝置中反應的化學方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，在甲的實驗現(xiàn)象中帶火星的木條往往難以復燃，改用乙裝置后能使帶火星的木條復燃，請解釋原因：由于在加熱分解過氧化氫生成氧氣的同時，也生成了大量的水蒸氣，因此帶火星的木條很難復燃．
（2）第一組實驗：取5支集氣瓶，編號為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總體積10%、20%、30%、40%、50%上的水．用排水法收集氧氣，恰好把5只集氣瓶中的水排去．將帶火星的木條依次插入①～⑤號瓶中，記錄實驗現(xiàn)象．
小亮在前組實驗的基礎上又做了第二組和第三組實驗，三組實驗的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象見下表．

	第一組					第二組					第三組
集氣瓶編號	①	②	③	④	⑤	①	②	③	④	⑤	①
收集的O2占容積的體積分數(shù)（%）	10	20	30	40	50	31	33	35	37	39	34
帶火星木條的狀況	微亮	亮	很亮	復燃	復燃	很亮	很亮	復燃	復燃	復燃	很亮

收集的氧氣占容積的體積分數(shù)最低為35%時，可使帶火星的木條復燃，這時集氣瓶中氧氣的體積分數(shù)是49%（計算結果保留整數(shù)）．
（3）小明上網(wǎng)查閱資料時發(fā)現(xiàn)：硝酸銅固體加熱分解的產(chǎn)物有氧化銅、二氧化氮和氧氣．于是 他決定設計實驗來檢驗硝酸銅分解產(chǎn)生的氧氣．
【查閱資料】
①相同條件下，任何氣體的體積比等于分子個數(shù)之比
②硝酸銅分解后的氣體可以完全被氫氧化鈉溶液吸收
【設計實驗】
小明同學設計如圖（4）所示的裝置，將硝酸銅固體放入試管中加熱，該反應的方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，然后打開A處的止水夾，將帶火星的木條放在導管口，復燃，于是他得出結論硝酸銅分解生成了氧氣．
【實驗反思】
（1）從硝酸銅分解得到的氣體能使帶火星的木條復燃這一事實，能說明一定生成了氧氣嗎？不能（填“能”或“不能”）．理由是空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒有復燃，本實驗中氧氣的濃度只占混合氣的20%．那從這一現(xiàn)象可以得到什么結論？二氧化氮支持燃燒．請設計一個簡單實驗方案證明你的結論：只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮氣體中，如果復燃，即可證明．
（2）為了防止二氧化氮逸出而環(huán)境污染，所以燒杯中應該放入氫氧化鈉溶液．

Answer 1

分析 實驗I：【實驗記錄】：根據(jù)木條燃燒的反應原理書寫方程式；
【實驗反思】：木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說明集氣瓶中氧氣含量為100%；
實驗II：【實驗記錄】：根據(jù)利用白磷燃燒測定氧氣含量的原理回答：裝置A中進入水的體積就是氧氣的體積；
【數(shù)據(jù)處理】：為了縮小誤差，可求出另外4次的平均值作為最終結果，則小麗所帶氣體中氧氣的體積為200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=160mL，并進一步計算出氧氣的體積分數(shù)；
【實驗反思】：（1）根據(jù)題意并結合物理變化和化學變化的判斷依據(jù)分析解答；
（2）第1組數(shù)據(jù)較大，說明氧氣沒有被消耗完，最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣；
【拓展探究】（1）根據(jù)過氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，由于在加熱分解過氧化氫生成氧氣的同時，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復燃進行分析；
（2）根據(jù)表格可發(fā)現(xiàn)收集的氧氣占容積的體積分數(shù)最低為35%時木條也可復燃，根據(jù)空氣中原有的氧氣和收集到的氧氣，就可算出氧氣的分數(shù)；
【設計實驗】根據(jù)硝酸銅在加熱的條件下生成氧化銅、二氧化氮和氧氣進行分析；
【實驗反思】（1）根據(jù)空氣中氧氣占21%，帶火星的木條都不能復燃，本實驗中氧氣的濃度只占混合氣的20%，也生成了二氧化氮氣體等知識進行分析；
（2）根據(jù)二氧化氮是空氣污染性氣體進行分析．

解答 解：實驗I：【實驗記錄】木炭在氧氣中充分燃燒，生成二氧化碳氣體，故反應的化學方程式為 C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；
【實驗反思】根據(jù)實驗現(xiàn)象“木炭燃燒得更旺”可知，集氣瓶中的氧氣濃度很高，但不一定是純凈的氧氣；
實驗II：
【實驗記錄】結合空氣中氧氣含量的測定分析，由于白磷能與氧氣反應，故反應后，集氣瓶中因氧氣的減少而使壓強變小，待白磷熄滅并冷卻到室溫時，打開止水夾b，會看到B中部分水被吸入A中；
【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)題意，由于第1組數(shù)據(jù)偏差較大，存在明顯誤差，故在數(shù)據(jù)處理時已刪去；為了進一步縮小誤差，可求出另外4次的平均值作為最終結果，則小麗所帶氣體中氧氣的體積為200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=160mL，故氧氣的體積分數(shù)=$\frac{160mL}{200mL}$×100%=80%；
【實驗反思】
（1）根據(jù)題意可知，這臺家用制氧機在制氧氣的過程中，只是將空氣中的氮氣和氧氣分離，而沒有新物質生成，故發(fā)生的變化屬于物理變化；
（2）根據(jù)題意可知，B中剩余的水越多，說明消耗的氧氣越少，壓強變化小，倒吸的水也就少，所以第1組數(shù)據(jù)較大，說明氧氣沒有被消耗完，最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣；
【拓展探究】（1）過氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，化學方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
由于在加熱分解過氧化氫生成氧氣的同時，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復燃；
（2）由圖中可知，當氧氣的體積分數(shù)達到35%時，帶火星的木條復燃，即收集的氧氣占容積的體積分數(shù)最低為35%，此時空氣還占65%，所以空氣中有氧氣的量為：65%×21%≈14%，所以此時瓶內共有氧氣的分數(shù)為14%+35%=49%；
【設計實驗】硝酸銅在加熱的條件下生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，化學方程式為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【實驗反思】（1）空氣中氧氣占21%，帶火星的木條都不能復燃，本實驗中氧氣的濃度只占混合氣的20%，也生成了二氧化氮氣體，所以從硝酸銅分解得到的氣體能使帶火星的木條復燃這一事實，不能說明一定生成了氧氣，理由是：空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒有復燃，本實驗中氧氣的濃度只占混合氣的20%，本實驗得出的結論是：二氧化氮支持燃燒，設計的實驗是：只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮氣體中，如果復燃，即可證明；
（2）二氧化氮是空氣污染性氣體，所以為了防止二氧化氮逸出而環(huán)境污染，所以燒杯中應該放入氫氧化鈉溶液．
故答案為：
實驗I：【實驗記錄】C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；
【實驗反思】木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說明集氣瓶中氧氣含量為100%；
實驗II：【實驗記錄】打開止水夾b，B中部分水被吸入A中；
【數(shù)據(jù)處理】80%；
【實驗反思】（1）物理變化；
（2）白磷量不足；
【拓展探究】（1）2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
由于在加熱分解過氧化氫生成氧氣的同時，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復燃；
（2）35，49；
【設計實驗】2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【實驗反思】（1）不能，空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒有復燃，本實驗中氧氣的濃度只占混合氣的20%，二氧化氮支持燃燒，只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮氣體中，如果復燃，即可證明；
（2）氫氧化鈉．

點評 對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現(xiàn)象，來驗證該物質的性質或變化規(guī)律等．