Question

15．某化學興趣小組對教材中“測定空氣里氧氣含量”的實驗進行了大膽改進，分別設計了以下兩種裝置，如圖I和圖Ⅱ，圖Ⅱ選用容積為30mL（規格為18mm×180mm）的試管作反應容器進行實驗，均取得了良好的實驗效果．請你對比分析下面圖I、圖Ⅱ的實驗，回答下列有關問題：

（1）圖Ⅰ實驗中觀察到的紅磷燃燒的現象是紅磷燃燒產生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內空氣體積的$\frac{1}{5}$，該反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）表是圖I實驗中記錄的數據：

集氣瓶的容積（mL）	實驗開始時量筒內水體積（mL）	實驗結束時量筒內水體積（mL）
150	60	37.5

根據實驗數據計算空氣中氧氣的體積分數為15%；
（3）圖Ⅰ實驗中，下列操作過程對實驗結果的影響分析正確的是CD（填序號）；
A．彈簧夾沒夾緊會導致實驗結果偏小
B．燃燒匙內盛放過量的紅磷會導致實驗結果偏大
C．沒等裝置冷卻就打開彈簧夾會導致實驗結果偏小
D．點燃紅磷伸入瓶中時，沒有立即塞緊瓶塞會導致實驗結果偏大
（4）圖Ⅱ實驗的操作步驟如下：①點燃酒精燈； ②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；③將少量紅磷平裝入試管中，將規格為20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖Ⅱ中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾緊橡皮管； ④讀取注射器活塞的數據；⑤連接儀器并檢查裝置氣密性；你認為正確的實驗操作順序是⑤③①②④（填序號）
（5）圖Ⅱ實驗中，若操作均正確，注射器活塞注最終停止在4mL刻度處．
（6）圖Ⅱ實驗中，若上述步驟③中，未用彈簧夾夾住橡皮管，其它步驟都不變，則實驗過程中注射器的活塞將先向右（填左或右，下同）移動，后向左移動，最終活塞會停留在2mL刻度處．
（7）對比圖Ⅰ和圖Ⅱ，下列分析正確的是BC（填序號）．
A．圖Ⅰ和圖Ⅱ都能粗略的測出空氣中氧氣的質量分數；
B．圖Ⅱ實驗中，沒有白煙逸出，更環保；
C．圖Ⅱ實驗中裝置始終密閉，避免紅磷放入瓶中時空氣逸出，實驗結果更準確；
D．實驗中紅磷的用量越多，實驗測量結果越大．

Answer 1

分析 （1）根據紅磷的燃燒及瓶內壓強的變化分析回答現象．
（2）根據實驗數據計算；
（3）用此裝置測定氧氣在空氣中的含量，很多因素都對實驗結果造成影響，如裝置漏氣，紅磷量不足，反應后沒有冷卻到室溫等；
（4）按儀器的組裝→實驗的進行→結論的形成分析排列；
（5）對于用注射器改進后的儀器其刻度更容易讀取，計算部分要注意被反應消耗掉的是試管內的氧氣，不包含注射器內的部分；
（6）由于燃燒放出大量熱，使氣體膨脹；此時消耗試管和注射器中的氧氣；
（7）根據信息主要從環境的保護、實驗的誤差等方面分析解答．

解答 解：（1）圖1實驗中發生反應的現象是：紅磷燃燒產生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內空氣體積的$\frac{1}{5}$．
（2）空氣中氧氣的體積分數為$\frac{60mL-37.5mL}{150mL}$×100%=15%；
（3）A、彈簧夾沒夾緊會使集氣瓶中部分氣體從燒杯中逸出，然后進入集氣瓶中的水會大于$\frac{1}{5}$，導致實驗結果偏大，故此項錯誤；
B、燃燒匙內盛放過量的紅磷不會影響實驗結果，不能導致實驗結果偏大，故此說法錯誤．
C、沒等裝置冷卻就打開彈簧夾會使進入集氣瓶中的水少，導致實驗結果偏小，故此項正確．
D、點燃紅磷伸入瓶中時，沒有立即塞緊瓶塞會使集氣瓶內空氣逸出，導致實驗結果偏大，故此項正確．
故選CD．
（4）從儀器的組裝實驗的進行以及結論的形成等環節可知：圖Ⅱ實驗正確的實驗操作順序應是：⑤③①②④．
（5）因為氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$，而試管的容積是45mL，當其內氧氣被耗盡時氣體減少的體積為：30mL×$\frac{1}{5}$，所以活塞所處的刻度值為10mL-30mL×$\frac{1}{5}$=4mL
（6）由于燃燒放出大量熱，使氣體膨脹，注射器的活塞將先向右移動，而后隨著反應進行氣體不斷減少，反應完畢，溫度降低，注射器的活塞后左向移動，由于試管和注射器中的氧氣都被消耗掉，所以減少的體積是（30mL+10mL）×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞所處的刻度值為10mL-8mL=2mL，
（7）對照圖I實驗，圖Ⅱ實驗具有以下優點：裝置始終密閉，減少實驗誤差，節省燃料，不污染環境，便于讀數等，因此圖I的缺點是：易造成實驗誤差（或污染環境）；圖Ⅰ和圖Ⅱ都能粗略的測出空氣中氧氣的體積分數．裝置中紅磷必須過量．
故答案為：
（1）紅磷燃燒產生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內空氣體積的$\frac{1}{5}$；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）15%；
（3）CD；
（4）⑤③①②④；
（5）4；
（6）右；左；2；
（7）BC．

點評 此題是關于對空氣中氧氣含量的實驗考查，解題的關鍵是了解空氣中氧氣的含量以及相關的實驗要求，屬于開放型實驗分析題．