Question

20．空氣中氧氣含量測定的再認識．

【實驗回顧】如圖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．
（1）寫出紅磷燃燒的化學方程式4P+5O₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）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，燒杯中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能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，測置結果與理論值誤差較大．
【實驗改進】
Ⅰ．根據鐵在空氣中生銹的原理設計如圖2實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹．
Ⅱ．測得實驗數據如表

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	集氣瓶（扣除內容物）和導管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

【交流表達】
（1）鐵生銹過程發生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，寫出該反應的化學方程式2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
（2）根據如表數據計算，改進實驗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%）．
（3）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者（用紅磷燃燒來測定空氣中氧氣含量）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．

Answer 1

分析 紅磷在空氣中能夠劇烈燃燒，產生大量白煙，放出熱量，生成白色固體五氧化二磷；
根據提供的數據可以計算空氣中氧氣的體積分數；
不同的實驗裝置，優缺點不同．

解答 解：【實驗回顧】（1）紅磷燃燒空氣中燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內壓強減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量．
【交流表達】
（1）鐵與水和氧氣反應生成氫氧化亞鐵，反應的化學方程式為2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（2）改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是：$\frac{80.0mL-54.5mL}{126.0mL}$×100%=20.2%．
（3）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更髙的原因是：能夠把氧氣完全消耗；測量時考慮到導管容積和扣除內容物后的集氣瓶容積，使實驗結果更準確．
故答案為：【實驗回顧】（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；    
（2）氣壓；
【交流表達】（1）2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（2）20.2%
（3）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．

點評 實驗現象是物質之間相互作用的外在表現，因此要學會設計實驗、觀察實驗、分析實驗，為揭示物質之間相互作用的實質奠定基礎．