Question

【題目】某化學(xué)興趣小組對“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），紅磷燃燒的符號表達(dá)式為__________。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________________。實(shí)驗(yàn)中燃燒匙內(nèi)盛放紅磷的量必須_________。

（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____________。

（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?/span>P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_____（填“變大”、“變小”或“不變”），原因是___________ 。

（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______________。

（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：

A		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____________________。

（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

【答案】 檢查裝置的氣密性 過量 直接在集氣瓶中點(diǎn)燃紅磷可以避免在空氣中點(diǎn)燃紅磷后伸進(jìn)集氣瓶中造成部分空氣逸出 變大 紅磷燃燒放出大量的熱，集氣瓶中溫度升高，微粒之間的間隔增大，壓強(qiáng)增大 木炭在空氣中燃燒消耗氧氣，生成二氧化碳?xì)怏w，冷卻至室溫后集氣瓶中壓強(qiáng)保持不變，水不能進(jìn)入集氣瓶 增大物質(zhì)的接觸面積，加快反應(yīng)速率 根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知量筒內(nèi)水減少的體積即為氧氣的體積，

氧氣的體積為，

空氣中的氧氣含量為，

答：空氣中的氧氣含量為20.2%。

【解析】

探究“空氣中氧氣含量的測定”的實(shí)驗(yàn)：

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，紅磷與氧氣在點(diǎn)燃條件下生成五氧化二磷，反應(yīng)的符號表達(dá)式為。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的氣密性。實(shí)驗(yàn)中燃燒匙內(nèi)盛放紅磷的量必須過量，以保證集氣瓶中氧氣耗盡。

（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，其原因是直接在集氣瓶中點(diǎn)燃紅磷可以避免在空氣中點(diǎn)燃紅磷后伸進(jìn)集氣瓶中造成部分空氣逸出。

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。

（3）反應(yīng)開始時(shí)集氣瓶中壓強(qiáng)會(huì)瞬間變大，原因是紅磷燃燒放出大量的熱，集氣瓶中溫度升高，微粒之間的間隔增大，壓強(qiáng)增大。

（4）根據(jù)圖5可知，木炭在空氣中燃燒消耗氧氣，生成二氧化碳?xì)怏w，冷卻至室溫后集氣瓶中壓強(qiáng)保持不變，水不能進(jìn)入集氣瓶，因此木炭不可代替紅磷測定空氣中氧氣含量。

實(shí)驗(yàn)探究2：

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

（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)，其目的是增大物質(zhì)的接觸面積，加快反應(yīng)速率。

（6）根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知量筒內(nèi)水減少的體積即為氧氣的體積，氧氣的體積為，空氣中的氧氣含量為，

答：空氣中的氧氣含量為20.2%。

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。