Question

12．某化學興趣小組的同學對空氣中氧氣的含量測定進行再探究．

（一）甲組同學利用某脫氧劑測定空氣中氧氣含量，興趣小組進行了如下實驗：使用圖1裝置進行實驗．實驗前應先進行的操作是檢查裝置的氣密性．
【實驗過程】
步驟1：在注射器中放入足量脫氧劑粉末（體積為2mL），封閉．
步驟2：打開彈簧夾，將活塞向右拉至一定距離，關閉彈簧夾．
步驟3：不斷輕輕晃動注射器，至活塞位置不再發生變化．
【數據處理】
（1）實驗中需要記錄的數據是：①注射器原來的空氣的體積②反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積；反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積．
（2）上述實驗測定過程至少需要重復兩次，其目的是使測量的結果更準確．
【實驗對比】實驗室常通過燃燒紅磷法測定空氣中氧氣的含量（裝置如圖2）．步驟如下：
（1）用彈簧夾夾緊橡皮管；
（2）點燃燃燒匙內的紅磷，立即伸入瓶中并塞緊瓶塞．
（3）燃燒結束，冷卻的室溫．
（4）觀察并記錄水面的變化情況．多次實驗發現，集氣瓶內上升的水面始終小于瓶內原有空氣體積的五分之一．
【拓展研究】查閱資料得知，當空氣中氧氣的體積分數降至約為7%以下時，紅磷不再燃燒．由此可知，燃燒紅磷法測定結果不夠準確．
【實驗評價】與燃燒紅磷法相比，脫氧劑法測定空氣中氧氣含量的優點是不受氧氣含量多少的影響，使結果更準確．
（二）乙組同學利用裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗，燃燒、冷卻后打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶容積的70%．
（1）圖3中A儀器的名稱是燒杯．
（2）如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%．現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有氧氣和氮氣．
【查閱資料】鎂條在空氣中燃燒，能與氧氣反應產物為氧化鎂（MgO）固體，也能與氮氣反應產物為氮化鎂（Mg₃N₂）固體．
（3）現有24g鎂條，在空氣中完全燃燒后，生成物的質量應在33.3g與40g（填數值范圍）之間．（請寫出計算過程）

Answer 1

分析 【數據處理】
使用圖2裝置進行實驗．實驗前應先進行的操作是：檢查裝置的氣密性；實驗中需要記錄的數據是：注射器原來的空氣的體積、反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積；上述實驗測定過程至少需要重復兩次，其目的是：使測量的結果更準確；本實驗成功的關鍵是：裝置要嚴密；紅磷要足量；燃燒結束，冷卻的室溫，再打開止水夾；由實驗探究可知，燃燒紅磷法測定結果不夠準確的原因的是：氧氣含量太少時，可燃物無法燃燒；與燃燒紅磷法相比，脫氧劑法測定空氣中氧氣含量的優點是：不受氧氣含量多少的影響，使結果更準確．
（1）根據實驗室常用儀器解答；根據氣體的壓強差進行分析；
（2）因為空氣中氮氣、氧氣所占的體積分數是99%，進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有氧氣和氮氣；氮氣和鎂在點燃條件下能生成氮化鎂．

解答 解：（一）使用圖1裝置進行實驗．實驗前應先進行的操作是檢查裝置的氣密性；
【數據處理】使用圖2裝置進行實驗．實驗前應先進行的操作是：檢查裝置的氣密性；實驗中需要記錄的數據是：注射器原來的空氣的體積、反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積；上述實驗測定過程至少需要重復兩次，其目的是：使測量的結果更準確；故答案為：檢查裝置的氣密性；注射器原來的空氣的體積、反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積；使測量的結果更準確；
（3）【實驗對比】本實驗成功的關鍵是：裝置要嚴密；紅磷要足量；燃燒結束，冷卻的室溫，再打開止水夾；故答案為：燃燒結束，冷卻的室溫；
（4）【拓展研究】【實驗評價】由實驗探究可知，燃燒紅磷法測定結果不夠準確的原因的是：氧氣含量太少時，可燃物無法燃燒；與燃燒紅磷法相比，脫氧劑法測定空氣中氧氣含量的優點是：不受氧氣含量多少的影響，使結果更準確；故答案為：氧氣含量太少時，可燃物無法燃燒；不受氧氣含量多少的影響，使結果更準確；
（二）（1）圖中所給儀器的名稱為燒杯；鎂條燃燒消耗了氧氣，而使瓶內壓強小于外界大氣壓，從而使水進入廣口瓶中；則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%；現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有氧氣和氮氣；
設若產物全部為氧化鎂時產物的質量為x．
2Mg+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2MgO
48                    80
24g                    x
$\frac{48}{24g}=\frac{80}{x}$
解得x=40g
設若產物全部為氮化鎂時產物的質量為y．
3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂
72                  100
24g                  y
$\frac{72}{24g}=\frac{100}{y}$
則，解得y=33.3g
通過以上計算可知所得產物質量應在33.3g與40g之間．
答案：
（一）檢查裝置的氣密性；
【數據處理】
（1）注射器原來的空氣的體積、反應后注射器活塞進入后顯示剩余氣體的體積；
（2）使測量的結果更準確；
【實驗對比】（3）燃燒結束，冷卻的室溫；
【實驗評價】不受氧氣含量多少的影響，使結果更準確．
（二）
（1）燒杯；
（2）21；氧氣和氮氣；
（3）33.3g與40g．

點評 實驗探究題是近幾年中考的熱點之一，它包括實驗方法和過程的探究，實驗結論和實驗規律的探究等．本題通過實驗資料和實驗分析，得到了正確的結論，屬于結論性探究．同學們要具體分析，綜合掌握．