Question

20． 某化學興趣小組的同學按照教材的實驗裝置“測定空氣中氧氣的體積分數”實驗（如圖甲所示），但測出的氧氣體積分數明顯小于$\frac{1}{5}$，請你參與探究：
【提出問題】
造成誤差的原因是什么？如何改進課本實驗裝置？
【假設與猜想】
甲同學：可能是導管內原存有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性；
乙同學：可能是瓶內殘留氣體中還有氧氣的緣故；你還能做的猜想紅磷的量不足；沒有冷卻到室溫就讀數．
【交流與討論】
丙同學認為用木炭代替紅磷，就可以消除誤差，大家認為他的猜想不合理，理由是木炭燃燒生成二氧化碳氣體．他們對課本實驗裝置進行了如圖乙的改進（其他儀器忽略）．甲同學提出把紅磷更換為白磷，是因為白磷比紅磷更容易被引燃；通過粗銅絲來點燃玻璃管內的白磷，利用了銅的導熱性；白磷燃燒的符號表達式：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．與課本實驗裝置相比，該裝置的一個優點是在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差．
【探究與反思】
為驗證乙同學的猜想，將銅粉在殘余氣體中加熱，觀察到銅粉變黑，證明乙同學的猜想合理（選填“合理”或“不合理”）．

Answer 1

分析 【猜想與假設】集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾也會導致測量結果偏小，可以據此提出猜想；
【交流與討論】
木炭可以和氧氣反應生成二氧化碳氣體，不能產生壓強差，可以據此解答；
白磷的著火點低，可以較容易的發生燃燒，可以據此解答；
銅具有較好的導熱性，可以據此解答；在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差，可以據此解答；
【探究與反思】銅粉可以和氧氣反應生成黑色的氧化銅固體，可以據此解答該題；

解答 解：【假設與猜想】
要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數等，故答案為：紅磷的量不足；沒有冷卻到室溫就讀數；
【交流與討論】生成物的狀態一般要求是固態，木炭燃燒生成二氧化碳氣體，因此猜想不合理；白磷燃燒產生大量的白煙，生成五氧化二磷，化學方程式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
在本實驗中用的是白磷，白磷的著火點比較低，裝置設計的也比較好，在試管外部加熱銅絲，操作簡單，并且試管內的空氣也不會逸散出來，故該裝置的一個優點是在密閉的環境中進行反應，能夠減少實驗誤差；
【探究與反思】銅粉可以和氧氣反應生成黑色的氧化銅固體，所以若觀察到銅粉變黑則說明裝置殘留有氧氣，即乙同學的猜想合理；
答案：
【假設與猜想】紅磷的量不足；沒有冷卻到室溫就讀數；
【交流與討論】木炭燃燒生成二氧化碳氣體；4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
【探究與反思】合理．

點評 本考點考查的是空氣中氧氣含量的探究實驗，屬于實驗探究題，回憶實驗中現象，得出正確的結論．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．本考點主要出現在填空題和實驗題中．