Question

4．用來測定空氣中氧氣含量的方法有很多，圖1所示的是小明用紅磷在空氣中燃燒的測定方法．

【查閱資料】①白磷不溶于水且密度比水大：在空氣中溫度達到40℃時就可以燃燒．
②紅磷和白磷在空氣中的燃燒產物都是五氧化二磷固體，有毒、會刺激人體的呼吸道，可與水反應生成偏酸而被吸收掉．
③金屬鎂的化學性質非常活潑，不僅可以與氧氣反應生成白色固體氧化鎂，還可以在氮氣中劇烈燃燒，生成淡黃色的固體氮化鎂．
【實驗過程】第一步：連接儀器，檢查裝置的氣密性；
第二步：向集氣瓶中加入少量水，并將集氣瓶內的剩余容積劃分為五等份，并做好標記．
第三步：點燃燃燒匙內的紅磷，伸入集氣瓶中并把塞子塞緊．
第四步：待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，發現水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的$\frac{1}{5}$，請回答下列問題：
（1）紅磷在空氣中燃燒的文字表達式為：紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積少于總容積的$\frac{1}{5}$，你認為導致這一結果的原因可能是紅磷量不足；未完全冷至室溫就打開止水夾（回答一點即可）
（2）由該實驗得出的結論是氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$
【實驗反思】
（3）小亮同學對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖2所示），你認為改進后的優點是誤差少或無污染
（4）小光同學認為可效仿小明同學的實驗過程，在圖2裝置的集氣瓶中先加入少量水（與圖1裝置等量），再開始實驗，但遭到了其它同學的一致反對，請問反對的理由是水會降低溫度，使白磷無法燃燒，或者水會隔絕氧氣，使白磷無法燃燒
（5）如果不事先在集氣瓶中加入少量水將白磷燃燒產生的白煙吸收掉的話，會對本實驗的結果產生明顯的影響嗎？不會你的理由是白煙是五氧化二磷，為固體，不會對裝置內的氣壓產生明顯的影響
（6）為防止白磷燃燒放出的熱量使集氣瓶底炸裂，你的改進措施是在瓶底鋪上一層細沙
（7）小林同學指出圖2裝置在實驗安全方面仍有不足之處，于是設計出了圖3所示的裝置，其中氣球的作用是防止橡皮塞彈出，調節氣壓、緩沖等．
【交流與評價】
（8）裝置的改進可以使實驗的數據更加精確，并提高實驗成功的概率，但藥品的選擇則直接關系到實驗能否成功，圍繞著本實驗為何選用紅（白）磷進行實驗，同學們查閱了大量的資料，并在老師的幫助下明白了原理，如以下幾種藥品就不可以選用：
①木炭不可以選用，理由是木炭燃燒生成二氧化碳氣體，使裝置內的壓強基本不變；
②鐵絲不可以選用，因為鐵絲在空氣中無法與氧氣發生化學反應，導致裝置內的壓強沒有變化；
③金屬鎂也不可以選用，理由是鎂不僅會和氧氣反應，還會和氮氣反應，使實驗結果不準確．

Answer 1

分析 （1）根據紅磷燃燒生成五氧化二磷進行解答；根據實驗中注意的問題分析誤差原因；
（2）根據氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$解答；
（3）根據裝置的不同點對比分析優點；
（4）根據水會降低溫度，使白磷無法燃燒解答；
（5）根據白煙是五氧化二磷，為固體解答；
（6）根據防止白磷燃燒放出的熱量使集氣瓶底炸裂的方法解答；
（7）根據氣球的作用解答；
（8）根據木炭燃燒生成二氧化碳氣體，使裝置內的壓強基本不變；鎂不僅會和氧氣反應，還會和氮氣反應，使實驗結果不準確解答．

解答 解：
（1）紅磷燃燒生成五氧化二磷，文字表達式：紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．實驗過程中紅磷要足量，紅磷量少，會使氧氣未消耗盡，造成結果偏小，未等冷卻就打開止水夾，壓強差小，倒流進的水少，裝置漏氣等；  
（2）由該實驗得出的結論是氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$；
（3）利用放大鏡聚光引燃紅磷，不需要打開瓶塞，空氣出不來也進不去，測量比較準確，用酒精燈引燃紅磷由于磷燃燒放出大量的熱，打開瓶塞時容易使空氣受熱而逸出，可以誤差少或無污染．
（4）水會降低溫度，使白磷無法燃燒，或者水會隔絕氧氣，使白磷無法燃燒，故反對；
（5）如果不事先在集氣瓶中加入少量水將白磷燃燒產生的白煙吸收掉的話，不會對本實驗的結果產生明顯的影響，因為白煙是五氧化二磷，為固體，不會對裝置內的氣壓產生明顯的影響；
（6）為防止白磷燃燒放出的熱量使集氣瓶底炸裂，改進措施是在瓶底鋪上一層細沙；
（7）氣球的作用是防止橡皮塞彈出，調節氣壓、緩沖等；
（8）①木炭不可以選用，理由是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，使裝置內的壓強基本不變；
③金屬鎂也不可以選用，理由是：鎂不僅會和氧氣反應，還會和氮氣反應，使實驗結果不準確．
故答案為：
（1）紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；紅磷量不足；未完全冷至室溫就打開止水夾；
（2）氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$；
（3）誤差少或無污染；
（4）水會降低溫度，使白磷無法燃燒，或者水會隔絕氧氣，使白磷無法燃燒；
（5）不會；白煙是五氧化二磷，為固體，不會對裝置內的氣壓產生明顯的影響；
（6）在瓶底鋪上一層細沙；
（7）防止橡皮塞彈出，調節氣壓、緩沖等；
（8）①木炭燃燒生成二氧化碳氣體，使裝置內的壓強基本不變；
③鎂不僅會和氧氣反應，還會和氮氣反應，使實驗結果不準確．

點評 空氣是人類寶貴的自然資源，在中考中占有重要的地位，特別是空氣中氧氣含量的測定，要注意測定原理、實驗關鍵、現象和結論等內容的考查．