Question

3．二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成
分．仿照這個歷史上著名實驗的原理，我們可以用圖1所示裝置來測定空氣中氧氣的含量，請寫出紅磷燃燒的符號表達(dá)式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，該反應(yīng)屬于化合反應(yīng)（填一種基本反應(yīng)類型）．
【提出問題】用紅磷燃燒的方法為什么測出的氧氣含量遠(yuǎn)低于21%？
【分析討論】（1）實驗裝置漏氣；（2）紅磷的量不足，導(dǎo)致裝置內(nèi)氧氣有剩余；（3）…
【實驗與交流】在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們查閱了白磷、紅磷等物質(zhì)燃燒需要的最低含氧量如下：
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、丙三個小組分別用上述過量紅磷、白磷、蠟燭三種物質(zhì)進(jìn)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：蠟燭或者木炭在密閉的集氣瓶中燃燒，氧氣濃度會不斷變小，會有一氧化碳?xì)怏w生成．常溫下一氧化碳難溶于水，且不與澄清石灰水反應(yīng)．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(zhǔn)確，其原因是白磷消耗氧氣更徹底．
（2）請寫出木炭燃燒的符號表達(dá)式C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；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)先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，小華覺得不可行，其主要原因是木炭在氧氣濃度較低時，會生成CO氣體，且CO氣體難溶于水，不與澄清石灰水反應(yīng)．
【實驗改進(jìn)】小鄒同學(xué)改進(jìn)了教材中的實驗，設(shè)計出了如圖2所示的實驗裝置．實驗步驟如下：
①如圖2所示，連接儀器，檢查裝置的氣密性，發(fā)現(xiàn)裝置的氣密性良好．

②在集氣瓶里裝進(jìn)適量a體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（白磷燃燒所需要的最低溫度是40℃），并在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，按圖示裝置把集氣瓶中的空氣密封起來，把長導(dǎo)管的另一端放入盛有足量水的燒杯中．（注：集氣瓶內(nèi)的長導(dǎo)管已伸到了瓶底）．
③用力把預(yù)先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，產(chǎn)生大量白煙，同時放出大量的熱．
④待白磷燃燒熄滅后，稍加振蕩，白煙消失．
⑤待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c．
⑥根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)．根據(jù)以上信息，回答下列問題；
（1）在白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內(nèi)水面的變化情況是先下降后上升．
（2）若實驗非常成功，當(dāng)c為500mL，a=100mL，則b=180mL．
（3）組內(nèi)成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進(jìn)適量a體積的水”非常不理解．咨詢了組長小明之后，他終于明白“a體積的水”的作用，其一是為了加快步驟⑤中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出，影響實驗結(jié)果．
（4）在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導(dǎo)致實驗最后產(chǎn)生的實際值大于理論值的是D（填字母）．
A．用蠟燭代替白磷
B．用紅磷代替白磷（紅磷燃燒所需要的最低溫度在240℃左右）
C．集氣瓶沒有冷卻到室溫
D．實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水
（5）已知化學(xué)反應(yīng)前后元素種類和質(zhì)量都不發(fā)生改變，若該實驗中消耗的氧氣質(zhì)量為0.12克，則理論上生成的五氧化二磷的質(zhì)量為0.21g（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）．

Answer 1

分析 根據(jù)磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷解答；
【分析討論】根據(jù)本探究實驗一般要注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②所用藥品紅磷的量，必須是足量；③讀數(shù)時一定要冷卻到原溫度；④生成物的狀態(tài)一般要求是固態(tài)等．
【實驗與交流】
（1）根據(jù)物質(zhì)的不同特性解答；
（2）根據(jù)木炭燃燒生成二氧化碳，根據(jù)實驗主要事項進(jìn)行分析解答；
【實驗改進(jìn)】根據(jù)實驗前集氣瓶里要裝進(jìn)適量a體積的水的作用是：形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內(nèi)的氣體從長導(dǎo)管中向外逸散而影響實驗結(jié)果；從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內(nèi)水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，已知C=500ml，a=100ml，a上面的空氣五等分，則b=180mL解答；根據(jù)紅磷燃燒生成五氧化二磷反應(yīng)的化學(xué)方程式，由參加反應(yīng)氧氣質(zhì)量可計算反應(yīng)生成五氧化二磷的質(zhì)量．

解答 解：磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；該反應(yīng)屬于化合反應(yīng)；
【分析討論】實驗中所取的紅磷不足（或?qū)嶒炃皼]有夾彈簧夾、實驗裝置可能未冷卻就打開彈簧夾等）；
【實驗與交流】
（1）白磷和紅磷相比，使用白磷能使結(jié)果更準(zhǔn)確，其原因是白磷消耗氧氣更徹底；
（2）木炭燃燒生成二氧化碳，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；有同學(xué)提議選用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預(yù)先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，小華覺得不可行，其主要原因是木炭在氧氣濃度較低時，會生成CO氣體，且CO氣體難溶于水，不與澄清石灰水反應(yīng)；
【實驗改進(jìn)】
（1）磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷．從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內(nèi)水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；
（2）根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，已知C=500ml，a=100ml，a上面的空氣五等分，則b=180mL；
（3）實驗前集氣瓶里要裝進(jìn)適量a體積的水的作用是：形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內(nèi)的氣體從長導(dǎo)管中向外逸散而影響實驗結(jié)果；
（4）在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導(dǎo)致實驗最后產(chǎn)生的實際值大于理論值的是：實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水，使一部分氣體在導(dǎo)管逸出；
（5）設(shè)生成五氧化二磷的質(zhì)量為x
4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅
      160           284
     0.12g           x
$\frac{160}{0.12g}=\frac{284}{x}$
x=0.21g
答案：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，化合，
【分析討論】（2）紅磷的量不足；
【實驗與交流】（1）白磷消耗氧氣更徹底；
（2）C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；    木炭在氧氣濃度較低時，會生成CO氣體，且CO氣體難溶于水，不與澄清石灰水反應(yīng)
【實驗改進(jìn)】（1）先下降后上升；
（2）180mL；
（3）防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出，影響實驗結(jié)果
（4）D；
  （5）0.21 g

點評 本考點是用白磷測定氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據(jù)設(shè)計的步驟中不同的現(xiàn)象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．本考點主要出現(xiàn)在填空題和實驗題中．