Question

16．學習化學離不開實驗和科學探究．
【實驗活動一】甲、乙兩位同學用右圖所示的裝置定量測定空氣中氧氣的體積分數．
已知廣口瓶中空氣體積為250mL（已扣除瓶塞和瓶中水所占體積）
I．他們實驗過程如下：
（1）

（2）用彈簧夾夾住橡膠管后，將燃燒匙中紅磷在酒精燈上點燃后伸入集氣瓶中，并將導管伸入裝有l00mL水的量筒中．
（3）過一段時間后，打開彈簧夾，等到水不再進入廣口瓶時，從量筒中取出導管，記錄量筒中剩余水的體積．
（4）甲同學記錄量筒中水的體積為55mL，乙同學記錄量筒中水的體積為44mL．
Ⅱ．仔細閱讀以上實驗過程回答下列問題：
（1）將上述實驗過程的第一步補充完整：檢查裝置氣密性
（2）紅磷在瓶內燃燒現象是產生大量白煙，發生反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷
（3）甲同學測得空氣中氧氣的體積分數為，乙同學測出的氧氣的含量偏大（填大或小）
（4）導致甲同學實驗結果的原因可能是②④
①紅磷的量不足②實驗過程中，沒夾緊彈簧夾③裝置未完全冷卻就打開彈簧夾④點燃紅磷后，燃燒匙伸入集氣瓶中太慢
【實驗與交流】在老師的指導下，甲乙兩位同學又重復幾次該實驗，測出了比較準確的數據．
甲同學提出在不改變其他條件的情況下，能否用木炭代替紅磷做這個實驗呢？乙同學認為不行，原因是木炭與氧氣反應生成二氧化碳氣體．
【拓展延伸】甲乙兩位同學查閱資料知道紅色的銅絲也能跟空氣中的氧氣反應生成黑色的氧化銅固體．根據此反應原理，他們猜想能否用銅絲準確測定空氣中氧氣的含量呢？于是進行了實驗活動二，裝置如圖2．
【實驗活動二】在由兩個注射器組成的密閉系統內共有50mL空氣，然后給裝有銅絲的玻璃管加熱．同時交替推動兩個注射器的活塞，至玻璃管內的黑色固體較長時間內無進一步變化時停止．停止加熱，冷至室溫，讀出殘留的注射器里氣體的體積，算出空氣中氧氣的體積分數約為21%．
Ⅱ．仔細閱讀以上實驗過程回答下列問題：
（1）在實驗的加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器的目的是使裝置中的氧氣完全反應．寫出該反應的文字表達式銅+氧氣$\stackrel{加熱}{→}$氧化銅．
（2）從保護環境角度考慮，與用紅磷燃燒的方法相比，用加熱銅絲測空氣中氧氣含量的主要優點是不污染環境．

Answer 1

分析 【實驗活動一】
凡是有氣體參加或產生的實驗，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，以防裝置漏氣影響實驗結果；
紅磷燃燒生成五氧化二磷；
根據提供的數據可以計算氧氣的含量；
燃燒匙伸入集氣瓶時太慢，導致集氣瓶中的氣體部分逸出，紅磷燃燒過程中，止水夾沒有夾緊，導致集氣瓶中的部分氣體通過導管逸出，會導致測定結果偏大；
【實驗與交流】
木炭燃燒生成二氧化碳；
【實驗活動二】
在實驗的加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器的目的是使裝置中的氧氣完全反應；
銅和氧氣在加熱條件下反應生成氧化銅；
不同的實驗裝置，優缺點不同．

解答 解：【實驗活動一】
（1）上述實驗過程的第一步應該檢查裝置氣密性．
故填：檢查裝置氣密性．
（2）紅磷在瓶內燃燒產生大量白煙，發生反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
故填：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（3）甲同學測得空氣中氧氣的體積分數為：$\frac{100mL-55mL}{250mL}$×100%=18%；
乙同學測出的氧氣的含量為：$\frac{100mL-44mL}{250mL}$×100%=22.4%，比實際值偏大．
故答案為：18%；大．
（4）導致甲同學實驗結果的原因可能是：實驗過程中，沒夾緊彈簧夾，點燃紅磷后，燃燒匙伸入集氣瓶中太慢．
故填：②④．
【實驗與交流】
乙同學認為不行，原因是：木炭與氧氣反應生成二氧化碳氣體，會導致水不能進入集氣瓶．
故填：木炭與氧氣反應生成二氧化碳氣體．
Ⅱ．
（1）在實驗的加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器的目的是使裝置中的氧氣完全反應；
該反應的文字表達式為：銅+氧氣$\stackrel{加熱}{→}$氧化銅．
故填：使裝置中的氧氣完全反應；銅+氧氣$\stackrel{加熱}{→}$氧化銅．
（2）從保護環境角度考慮，與用紅磷燃燒的方法相比，用加熱銅絲測空氣中氧氣含量的主要優點是不污染環境．
故填：不污染環境．

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．