Question

4．在“空氣中氧氣含量的測定”實驗探究中，
①甲同學(xué)設(shè)計了如圖1的實驗方案：在集氣瓶內(nèi)放足量紅磷，塞緊橡皮塞，用放大鏡聚集太陽光來引燃紅磷，待紅磷火焰熄滅且集氣瓶冷卻至室溫后，打開止水夾．如果實驗成功，那實驗過程中觀察到的主要現(xiàn)象有產(chǎn)生大量白煙、水倒吸入集氣瓶約占$\frac{1}{5}$體積．

②乙同學(xué)設(shè)計了如圖2的實驗方案：將足量鎂粉點燃后放入鐘罩裝置進行實驗，寫出鎂粉與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式2Mg+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO．燃燒完畢冷卻后水幾乎占滿整個鐘罩，已知鎂是一種很活潑的金屬，請推測產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因鎂不僅和氧氣反應(yīng)，還與氮氣發(fā)生反應(yīng)．如果將圖2中鎂粉換成碳粉進行相同實驗，則不能 （能或不能）用來測定空氣中氧氣的含量．
③丙同學(xué)設(shè)計了如圖3的實驗方案：反應(yīng)容器是由兩個針筒和中間的玻璃管組成的密閉系統(tǒng)，容器內(nèi)留有30mL空氣．加熱等銅絲的溫度升高后，交替緩緩?fù)苿觾蓚�注射器活塞，觀察到亮紅色的銅絲表面覆蓋著一層黑色物質(zhì)（反應(yīng)方程式：2Cu+O₂ $\stackrel{△}{→}$ 2CuO），實驗數(shù)據(jù)記錄如下：

反應(yīng)前容器內(nèi)空氣體積	反應(yīng)后容器內(nèi)氣體體積
30mL	X mL

Ⅰ．反應(yīng)后容器內(nèi)氣體體積X理論上為24mL．
Ⅱ．如果反應(yīng)結(jié)束后測得容器內(nèi)氣體體積為28mL，假設(shè)裝置氣密性完好，那造成實驗有誤差的原因可能是銅絲過少 （試舉一個即可）．
④十八世紀(jì)法國化學(xué)家拉瓦錫為了研究空氣的組成設(shè)計的實驗如圖4，實驗原理是汞與氧氣在加熱條件下會反應(yīng)生成紅色的氧化汞粉末．當(dāng)年拉瓦錫在觀察到汞表面浮起紅色渣滓后，還繼續(xù)加熱了12天才停止實驗，他這樣做的理由是為了保證把裝置內(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完．

Answer 1

分析 ①紅磷在點燃條件下能和空氣中的氧氣反應(yīng)，產(chǎn)生大量白煙，放出大量熱，生成白色固體五氧化二磷；氧氣約占空氣總體積的五分之一；
②鎂在空氣中燃燒時，能和空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化鎂；空氣中氧氣和氮氣的體積分?jǐn)?shù)約占空氣總體積的99%；木炭燃燒生成二氧化碳氣體；
③如果銅絲不足，沒有充分加熱，讀數(shù)時裝置沒有冷卻至室溫，針筒推動次數(shù)過少等，都能夠?qū)е旅荛]容器中的氧氣不能完全反應(yīng)；
④需要考慮為了保證把裝置內(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完．

解答 解：①如果實驗成功，那實驗過程中觀察到的主要現(xiàn)象有產(chǎn)生大量白煙，進入集氣瓶中的水約占集氣瓶容積的五分之一．
故填：產(chǎn)生大量白煙，進入集氣瓶中的水約占集氣瓶容積的五分之一．
②鎂粉與氧氣反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Mg+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO；
燃燒完畢冷卻后水幾乎占滿整個鐘罩，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是鎂不僅能和氧氣反應(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)；
將圖2中鎂粉換成炭粉進行相同實驗不能測定空氣中氧氣的含量其原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，生成的二氧化碳氣體占據(jù)了空氣中氧氣的空間．
故填：2Mg+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO；鎂不僅能和氧氣反應(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)；不能．
③I．反應(yīng)后容器內(nèi)氣體體積X理論上為：30mL-30mL×$\frac{1}{5}$=24mL．故填：24；
Ⅱ．如果反應(yīng)結(jié)束后測得容器內(nèi)氣體體積為28mL，假設(shè)裝置氣密性完好，那造成實驗有誤差的原因可能是銅絲不足，沒有充分加熱，讀數(shù)時裝置沒有冷卻至室溫，針筒推動次數(shù)過少等．故填：銅絲不足
④十八世紀(jì)法國化學(xué)家拉瓦錫為了研究空氣的組成設(shè)計的實驗如圖4，實驗原理是汞與氧氣在加熱條件下會反應(yīng)生成紅色的氧化汞粉末．當(dāng)年拉瓦錫在觀察到汞表面浮起紅色渣滓后，還繼續(xù)加熱了12天才停止實驗，他這樣做的理由是為了保證把裝置內(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完．
故答案為：
①產(chǎn)生大量白煙、水倒吸入集氣瓶約占$\frac{1}{5}$體積．
②2Mg+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO．鎂不僅和氧氣反應(yīng)，還與氮氣發(fā)生反應(yīng)．不能．
③Ⅰ． 24．Ⅱ． 銅絲過少．
④為了保證把裝置內(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完．

點評 考慮需要實驗現(xiàn)象是物質(zhì)之間相互作用的外在表現(xiàn)，因此要學(xué)會設(shè)計實驗、觀察實驗、分析實驗，為揭示物質(zhì)之間相互作用的實質(zhì)奠定基礎(chǔ)．