Question

20．小沛用如圖所示裝置測量空氣中氧氣含量，集氣瓶容積為700mL，集氣瓶內水的體積為100mL，實驗開始前量筒200mL，實驗結束后量筒中水的體積為100mL．
（1）白磷燃燒的化學反應式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）用力將預先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷燃燒并產生大量白煙．整個實驗過程中，量筒內水面的變化情況是先升高后降低．
（3）將步驟（2）后的集氣瓶內氣體換成等體積的混合氣體（該混合氣體中氧氣體積分數為1%，氮氣體積分數為99%），再次實驗，發現白磷不能被點燃．由此可知，在所有操作均規范的情況下，步驟（2）實驗所測得的空氣中氧氣的含量比理論值偏小（填“偏大”、“偏小”或“不變”），該實驗測得氧氣體積是100mL．
（4）已知氧氣密度為1.4g/L，每31g白磷燃燒需要消耗40g氧氣，若操作中要盡量消耗完瓶中的氧氣，求完成此實驗至少需要白磷多少克．（要求寫出計算過程，結果保留兩位小數）

Answer 1

分析 （1）白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷；
（2）白磷在空氣中燃燒時發出大量的熱；
（3）由量筒進入集氣瓶中的水的體積即為該實驗測得氧氣體積；
（4）根據反應的化學方程式和提供的數據可以進行相關方面的計算．

解答 解：（1）白磷燃燒的化學反應式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）整個實驗過程中，開始時反應放熱，瓶中氣體壓強增大，導致瓶中部分水進入量筒中，量筒中液面升高，反應結束后，冷卻至室溫，氣體壓強減小，又由于瓶中氧氣被消耗，因此量筒中的水進入瓶中，故量筒內水面的變化情況是先升高后降低．
故填：先升高后降低．
（3）將步驟（2）后的集氣瓶內氣體換成等體積的混合氣體（該混合氣體中氧氣體積分數為1%，氮氣體積分數為99%），再次實驗，發現白磷不能被點燃，即即使白磷過量，也不能把瓶中氧氣完全消耗，由此可知，在所有操作均規范的情況下，步驟（2）實驗所測得的空氣中氧氣的含量比理論值偏小；
由于實驗結束后量筒中水的體積為100mL，即量筒中的水減少了100mL，說明瓶中氧氣的體積是100mL，因此該實驗測得氧氣體積是100mL．
故填：偏小；100．
（4）設需要白磷的質量為x，
瓶中氧氣質量為：1.4g/L×0.1L=0.14g，
4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，
124  160
x      0.14g
$\frac{124}{x}$=$\frac{160}{0.14g}$，
x=0.11g，
答：若操作中要盡量消耗完瓶中的氧氣，完成此實驗至少需要0.11g白磷．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．