3.某化學興趣小組對“暖寶寶”的成分進行探究,并利用其發熱原理測定空氣中氧氣的體積分數.
【查閱資料】
“暖寶寶”中含有鐵粉、活性炭、水、氯化鈉等物質.遇空氣發生反應的表達式是:鐵+氧氣+水→氫氧化亞鐵,該過程放熱.
【進行實驗】
驗證“暖寶寶”中含有鐵粉.甲同學打開一袋“暖寶寶”,將其中粉末倒入燒杯中,用磁鐵與之充分接觸,發現有黑色粉末被吸引,證明“暖寶寶”中確實含有鐵粉.
【現象與討論】
乙同學無意中將吸出的鐵粉撒在了酒精燈火焰上,意外地發現鐵粉燃燒,火星四射.該小組同學對此現象展開討論:
①鐵絲在空氣中不能燃燒,鐵粉在空氣中能燃燒,這是因為鐵粉與氧氣的接觸面積增大.
②假設鐵粉在空氣中燃燒和鐵絲在氧氣中的燃燒產物相同,該反應的文字表達式為3Fe+2O
2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe
3O
4.

【實驗回顧】
圖1是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置.
實驗原理:由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣,使瓶內氣壓減小,量筒中水倒吸到集氣瓶.若裝置的氣密性良好,操作規范,可以根據量筒中水的變化,粗略測得空氣中氧氣的含量.
【問題提出】
有實驗資料表明:燃燒過程中當氧氣體積分數低于7% 時,紅磷就無法繼續燃燒,因此通過上述實驗,測定結果與理論值誤差較大.
【實驗改進1】
圖2是鐵在空氣中反應的實驗裝置(該裝置中飽和食鹽水、活性炭(主要成分為碳)會加速鐵在氧氣中反應的速度).興趣小組的同學利用該裝置,再次測定空氣中氧氣含量.
實驗裝置 | 實驗步驟 | 實驗現象 | 實驗結論 |
 | ①如圖所示連接好裝置,然后 把導管放入水中,再用手緊握廣口瓶 | 導管口有氣泡冒出 | 裝置的氣密性良好 |
②在集氣瓶內加入足量“暖寶寶”中的物質,迅速把塞子塞緊,并充分震蕩 | 量筒中的水倒流入集氣瓶 | 進入集氣瓶內水的體積即為瓶中氧氣的體積 |
【實驗過程】
測得實驗數據見下表:
測量項目 | 實驗前 | 實驗后 |
燒杯中水的體積 | 燒杯中剩余水的體積 | 氧氣瓶(扣除內容物)和導管的容積 |
體積/mL | 80.0 | 54.5 | 126.0 |
【表達與交流】
(1)根據表內數據計算,實驗改進后測得的空氣中氧氣的體積分數是20.2%(計算結果精確到0.1%).
(2)從實驗原理角度分析,改進后的實驗結果比前者準確度更髙的原因是①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底,使實驗結果更準確.②測量時考慮到導管容積和扣除內容物后的集氣瓶容積,使實驗結果更準確;
【實驗改進2】
丁同學設想用圖1裝置,換用“暖寶寶”中的物質代替紅磷將其燃燒,進行氧氣含量的測定,你認為是否可行,并說明理由不可行,“暖寶寶”中的活性炭燃燒消耗氧氣的同時,生成了二氧化碳氣體,從而影響了實驗結果.