Question

5．某化學興趣小組的同學對蠟燭的燃燒和空氣中氧氣含量的測定進行了一系列的探究，請你參與并回答下列問題．
【發現問題1】點燃蠟燭，發現蠟燭火焰的明亮程度不一樣，是什么原因所致呢？
【猜想與假設1】猜想①：蠟燭中可燃物成分不一樣；
猜想②：蠟燭燭心棉線長短不同．
【發現問題2】同學們用蠟燭代替紅磷測定空氣中氧氣的含量，發現蠟燭很快熄滅，回流到集氣瓶中的水遠小于瓶容積的$\frac{1}{5}$．是什么原因所致呢？
【猜想與假設2】猜想①：蠟燭燃燒產生CO₂氣體；
猜想②：裝置漏氣；
猜想③：沒有冷卻至室溫．
【實驗驗證】將蠟燭點燃后用氧氣傳感器定量測定瓶中的氧氣含量．數據如圖1．

【得出結論】此實驗中空氣中氧氣體積分數降低了5.18%．
【深入探究】
蠟燭燃燒產生的CO₂可能是影響蠟燭熄滅的主要原因．請你設計方案除去集氣瓶中蠟燭燃燒生成的CO₂．在實驗前，瓶內加入少量的濃氫氧化鈉溶液，燃燒后振蕩集氣瓶；方案中化學方程式：2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O．【拓展研究】某同學用氧氣傳感器定量測定密閉條件下足量紅磷燃燒時氧氣的含量變化，如圖2，在110秒時氧氣的含量有所上升，接著再慢慢下降，最終維持在8.85%左右，請你試著解釋圖象變化的可能原因是：①紅磷燃燒放出熱量使得氧氣體積膨脹；②裝置漏氣，空氣進入裝置．你對氧氣含量最終維持在8.85%左右是怎么理解的？當裝置的氧氣含量低到8.85%時，紅磷就不能繼續燃燒而熄滅，所以氧氣的含量最終維持在8.85%左右．

Answer 1

分析 【猜想與假設1】根據影響燃燒的劇烈程度的因素來分析；
【猜想與假設2】根據發現的問題以及實驗裝置來分析可能的原因；
【得出結論】根據反應前后氧氣含量的數據來分析；
【深入探究】
（1）根據二氧化碳的性質以及反應過程來分析解答；
（2）紅磷燃燒放出熱量，導致氧氣體積膨脹或裝置漏氣；
氧氣含量過低，紅磷不能發生燃燒．
磷與氧氣在點燃的條件下反應生成五氧化二磷．

解答 解：【猜想與假設1】可能與蠟燭燭心棉線的長短有關，棉線越長，與空氣的接觸面越大，燃燒也越旺盛，故填：蠟燭燭心棉線長短不同；
【猜想與假設2】蠟燭熄滅后，進入的水的體積遠小于瓶子容積的五分之一，可能是蠟燭燃燒生成了二氧化碳，還可能是裝置漏氣或沒有冷卻至室溫，蠟燭燃燒需要一定的氧氣，故填：裝置漏氣；沒有冷卻至室溫；
【得出結論】反應前，裝置內空氣中氧氣的體積分數約為21%，蠟燭熄滅后，瓶內氧氣的含量為15.82%，此實驗中空氣中氧氣體積分數降低了：21%-15.82%=5.18%；故填：5.18；
【深入探究】
（1）二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應生成碳酸鈉和水，故填：在實驗前，瓶內加入少量的濃氫氧化鈉溶液；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
（2）在110秒時氧氣的含量有所上升，接著再慢慢下降，可能是紅磷燃燒放出熱量使得氧氣體積膨脹或裝置漏氣，空氣進入裝置；故填：紅磷燃燒放出熱量使得氧氣體積膨脹；裝置漏氣，空氣進入裝置；
當裝置的氧氣含量低到8.85%時，紅磷就不能繼續燃燒而熄滅，所以氧氣的含量最終維持在8.85%左右；故填：當裝置的氧氣含量低到8.85%時，紅磷就不能繼續燃燒而熄滅；
答案：
【猜想與假設1】蠟燭燭心棉線長短不同；
【猜想與假設2】②裝置漏氣；③沒有冷卻至室溫；
【得出結論】5.18；
【深入探究】在實驗前，瓶內加入少量的濃氫氧化鈉溶液，燃燒后振蕩集氣瓶；2NaOH+CO₂=Na₂CO₃+H₂O；
【拓展研究】紅磷燃燒放出熱量使得氧氣體積膨脹；裝置漏氣，空氣進入裝置；
當裝置的氧氣含量低到8.85%時，紅磷就不能繼續燃燒而熄滅，所以氧氣的含量最終維持在8.85%左右；

點評 本題主要考查用蠟燭、紅磷測定空氣組成的實驗原理、操作、現象、結論和注意事項，難度稍大．