Question

10．某化學興趣小組的同學對空氣中氧氣含量的測定實驗進行探究．
（1）如圖1所示裝置和藥品進行實驗，實驗中可觀察到的現象是紅磷燃燒放出大量白煙，同時釋放出大量的熱，待裝置冷卻到室溫后，打開止水夾看到當冷卻到室溫后打開止水夾，水倒流入容器約容器容積的$\frac{1}{5}$，該反應的化學式表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）甲同學認為可用木炭代替紅磷測定空氣中氧氣的含量，乙同學 認為不可以，其原因是：木炭燃燒生成氣體二氧化碳和一氧化碳，不引起裝置內壓強的改變，水不會倒流進入瓶內．（3）丙同學用鎂條代替紅磷來測定空氣中氧氣的含量．結果卻發現倒吸的水量遠遠超過集氣瓶的$\frac{1}{5}$．小組內同學幫她仔細檢查，發現裝置的氣密性及操作步驟均無問題．你認為造成此現象的原因可能是鎂條和空氣中其他成分也發生了反應．
（4）小組內同學反思上述實驗的探究過程后認為：用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在藥品的選擇或生成物的要求上應考慮的是：本身是固體，能夠和空氣中氧氣或者氮氣單一物質反應，且生成物不是氣體．
（5）小組內同學還對該實驗進行了如圖2改進．（已知試管容積為45mL）

實驗的主要操作步驟如下：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20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖2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．
你認為正確的實驗操作順序是③①②④（填序號）．注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約為1mL刻度處才停止．
（6）由圖1實驗還可推知反應后剩余氣體的兩點性質是①物理性質不易溶于水 ②化學性質不能燃燒，也不能支持燃燒．

Answer 1

分析 本題考查的內容有常規性的實驗現象的描述和文字表達式的書寫，實驗誤差分析，在此基礎上加大了深度，分析木炭能否代替紅磷以及鎂帶代替紅磷燃燒產生的截然相反地誤差的原因，這要求學生要從瓶內壓強的變化去分析．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．

解答 解：（1）紅磷燃燒產生大量白煙，同時釋放出大量的熱，燃燒消耗氧氣，使裝置內的氣壓變小，因此待裝置冷卻到室溫打開止水夾，水倒流至瓶中約1/5 處；反應的化學表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（2）木炭燃燒產生CO₂是氣體，瓶內壓強不變，水不會倒流，所以用木炭代替紅磷是不會得到對應的結果的；
若紅磷不足（未冷卻到室溫讀數，裝置漏氣）等都會使測定結果偏小；
（3）鎂條不僅僅能夠與氧氣反應，而且還能和氮氣反應，這樣就造成進入液體的體積遠遠超過1/5 （分析時一定要注意對反應條件中氣密性等已經說明的良好，否則很容易就理解為氣密性或者藥品的量等原因）．；
（4）為了保證結果的精確，加入的物質需要滿足能夠消耗了密閉容器內的氧氣，而不產生新的氣體等；
（5）根據操作及實驗目的可以確定實驗順序為：③將少量紅磷平裝入試管中，將20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖2中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾緊橡皮管；①點燃酒精燈；②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；④讀取注射器活塞的數據；對應用注射器進行的實驗改進，相對先前的實驗，數據更容易獲取，因為注射器有精確的刻度．計算部分要注意反應消耗掉的是試管內的氧氣，不包含注射器內的部分，所以消耗氧氣是45的1/5，即9mL，所以注射器活塞應該向左滑動到“1”；
（6）反應后剩余的作用氣體是氮氣，說明氮氣不能燃燒，也不能支持燃燒這是化學性質，氮氣不易溶于水，這是物理性質．
故答案為：
（1）紅磷燃燒放出大量白煙，同時釋放出大量的熱；當冷卻到室溫后打開止水夾，水倒流入容器約容器容積的$\frac{1}{5}$；
（2）木炭燃燒生成氣體二氧化碳和一氧化碳，不引起裝置內壓強的改變，水不會倒流進入瓶內；
（3）鎂條和空氣中其他成分也發生了反應；
（4）本身是固體，能夠和空氣中氧氣或者氮氣單一物質反應，且生成物不是氣體；
（5）③①②④；1；
（6）不易溶于水；不能燃燒，也不能支持燃燒．

點評 注意尤其是注射器類似的本身內部有氣體的可能的干擾就是要強調對題意的準確把握對實驗的改進從不同行角度分析評價時，要從題目本身的而分析角度來進行，而不是先分析后解答具體的問題，即分析要有針對性．