Question

4．實驗測定某品牌的潛水氣瓶中氧氣的體積分數．由于紅磷燃燒生成的五氧化二磷對人體有一定危害，故改用氫氣燃燒來測定，設計的實驗裝置如圖所示．實驗過程：先用500mL的集氣瓶收集一瓶該氣體，實驗前用彈簧夾B夾住橡膠管，打開彈簧夾A，持續通入純凈的氫氣．點燃氫氣后迅速插入集氣瓶中，塞緊瓶塞，使氫氣在集氣瓶中燃燒，產生少量的水，其體積忽略不計．（假定燃燒過程中，通入的氫氣全部反應完．）
（1）寫出氫氣燃燒的化學反應式：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O； 
（2）當氫氣燃燒的火焰剛好熄滅時，應該立即進行的操作是用夾子A夾住橡膠管，待集氣瓶冷卻至室溫后打開B；
（3）氫氣熄滅后，甲同學立刻打開B，觀察到量筒中的水由200mL減少到80mL，于是他認為該品牌潛水氣瓶中氧氣的體積分數為24%；
（4）一段時間后，乙同學觀察到量筒中的水又減少了30mL，且此后水面不再發生變化，他分析思考后，認為出現此情況的原因是集氣瓶中氣體沒有冷卻至室溫；
（5）已知氧氣的密度為1.43g/L，且每1g氫氣燃燒就消耗8g氧氣，為了完成此實驗，至少需要氫氣質量為多少克？（寫出計算過程，結果保留兩位小數）

Answer 1

分析 （1）首先根據反應原理找出反應物、生成物、反應條件，根據化學方程式的書寫方法、步驟進行書寫；
（2）結合用紅磷燃燒測定空氣中氧氣含量原理，用氫氣燃燒測定氧氣的含量時，當氫氣火焰熄滅時，不能再向集氣瓶中通氫氣，可以據此解答該題；
（3）根據體積分數的求解方法分析；
（4）測定氧氣的含量，等冷卻后才能打開B，否則溫度過高使測定結果偏小；
（5）先根據消耗氧氣的體積×密度，得到氧氣的質量，在求解需要氫氣質量．

解答 解：（1）氫氣在空氣中燃燒生成水，反應的化學方程式為：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O；
（2）根據實驗原理可知，當氫氣燃燒的火焰剛好熄滅時，說明氧氣完全被消耗，此時不能再通入氫氣，否則會影響實驗結果，此時應用夾子A夾住橡膠管，待集氣瓶冷卻至室溫后打開B觀察現象；
（3）經測定，集氣瓶的容積為500mL，在此實驗中，觀察到量筒中水由200mL減少到80mL，則該品牌潛水氣瓶中氧氣的體積分數為：$\frac{200mL-80mL}{500mL}$×100%=24%．
（4）一段時間后，乙同學觀察到量筒中的水又減少了30mL，可能是因為最初集氣瓶中氣體沒有冷卻至室溫．
（5）消耗氧氣的質量為$\frac{200-50}{1000}$L×1.43g/L=0.2145g，所以至少需要氫氣質量為0.2145g×$\frac{1}{8}$=0.03g
故答案為：（1）2H₂+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2H₂O；
（2）用夾子A夾住橡膠管，待集氣瓶冷卻至室溫后打開B；
（3）24%．
（4）集氣瓶中氣體沒有冷卻至室溫．
（5）0.03g．

點評 此題在用紅磷燃燒測定空氣中氧氣的體積分數的基礎上進行遷移，題目新穎，同學們要結合氫氣和紅磷的不同進行分析解答．