Question

7．空氣中氧氣含量測定再認識．
【你知道嗎】通過實驗（圖1）測定了空氣組成的科學家是C．
A．門捷列夫 B．達爾文 C．拉瓦錫 D．牛頓
【實驗問題】實驗室常用圖2所示的方法測定空氣中氧氣的含量，寫出紅磷燃燒的化學方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，為保證測定結果，實驗中所取紅磷必須足量．同學們發現利用圖2裝置進行實驗時，在集氣瓶外點燃紅磷，一方面會造成空氣污染，另一方面伸進集氣瓶速度慢了會影響測定結果．他們查閱資料發現白磷40℃即可燃燒，燃燒產物與紅磷相同，于是改進裝置（圖3）重新探究．
【實驗探究】先在容積為200.0mL的集氣瓶里裝進50.0mL的水，再在量筒內裝入100.0mL的水，然后按圖連好儀器，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃．
（1）集氣瓶里預先裝進的水，在實驗過程中除了能夠加快集氣瓶冷卻，還起到吸收五氧化二磷作用．（寫出一種即可）
（2）如果白磷停止燃燒時立即記錄量筒內剩余水的體積，則會導致測定結果偏小（填“偏大”、“偏小”或“不變”）．
（3）如果實驗結束時量筒內剩余水的體積是73.0mL，則測得的空氣中氧氣體積分數為18%．（用百分數表示）
【拓展探究】圖4所示裝置可用于測定空氣中氧氣的含量，其中與集氣瓶相連的壓強傳感器等電子設備能將集氣瓶內氣體壓強精確地記錄并保存下來，圖5、圖6是用該裝置測得的紅磷和木炭分別在集氣瓶中燃燒的壓強-時間關系圖（該裝置氣密性良好，P₀是集氣瓶內初始氣壓，P和P′分別是反應結束后恢復到室溫時集氣瓶內的氣壓）．

（1）寫出木炭燃燒的化學方程式C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂．該實驗中能否利用木炭燃燒測定空氣中氧氣含量，并說明理由不能，是因為木炭在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體，瓶中氣壓不變．
（2）從微觀角度解釋圖5中反應開始時集氣瓶中壓強瞬間變大的原因是反應放熱，導致集氣瓶中的微粒之間的間隔變大．
【交流反思】小明提出能否用鐵絲代替上述實驗中的紅磷測定空氣中氧氣含量，同學們一致反對，理由是鐵絲在空氣中不能燃燒，寫出鐵絲在氧氣中燃燒的化學方程式3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．

Answer 1

分析 通過實驗（圖1）測定了空氣組成的科學家是拉瓦錫；
【實驗回顧】
紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷；
【實驗探究】
五氧化二磷易溶于水；
根據提供的數據可以計算空氣中氧氣的含量；
【拓展延伸】
碳燃燒生成二氧化碳氣體；
鐵在空氣中不能燃燒，在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵．

解答 解：通過實驗（圖1）測定了空氣組成的科學家是拉瓦錫．
故填：C．
【實驗回顧】
紅磷燃燒的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，為了保證測定結果，實驗中所取紅磷必須足量．
故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；足量．
【實驗探究】
（1）集氣瓶里預先裝進的水，在實驗過程中除了能夠加快集氣瓶冷卻，還起到吸收五氧化二磷的作用．
故填：吸收五氧化二磷．
（2）如果白磷停止燃燒時立即記錄量筒內剩余水的體積，由于溫度過高而導致進入集氣瓶中的水偏少，從而導致測定結果偏小．
故填：偏小．
（3）如果實驗結束時量筒內剩余水的體積是73.0mL，則測得的空氣中氧氣體積分數為：$\frac{100mL-73.0mL}{150mL}$×100%=18%，
故填：18%．
【拓展延伸】
（1）木炭燃燒的化學方程式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；
該實驗中不能用木炭燃燒測定空氣中氧氣含量，這是因為木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶中氣壓不變，會導致水不能進入集氣瓶．
故填：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；不能，是因為木炭在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體，瓶中氣壓不變．
（2）圖5中反應開始時集氣瓶中壓強瞬間變大的原因是反應放熱，導致集氣瓶中的微粒之間的間隔變大，從而導致壓強增大．
故填：反應放熱，導致集氣瓶中的微粒之間的間隔變大．
【交流反思】
鐵絲在氧氣中燃燒的化學方程式為：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．
故填：3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．

點評 合理設計實驗，科學地進行實驗、分析實驗，是得出正確實驗結論的前提，因此要學會設計實驗、進行實驗、分析實驗，為學好化學知識奠定基礎．