Question

4．某校化學興趣小組的同學按照課本裝置（見圖1甲）做“測定空氣里氧氣的含量”實驗．他們將燃燒匙內的紅磷點燃后，立即伸入廣口瓶中并把塞子塞緊，待紅磷熄滅和冷卻后，打開彈簧夾，觀察集氣瓶中水面變化，發現氣體減少的體積小于$\frac{1}{5}$．這是什么原因呢？興趣小組的四位同學就該現象做了如下探究．請你參與他們的探究，并回答有關問題：
提出問題
造成這個結果的原因是什么？如何改進？
猜想與假設
排除了屬于偶然現象的原因之后，其中三位同學對原因做了如圖2猜想，對于這一現象的原因，你還能做出怎樣的猜想？請寫出你的一個合理猜想：可能是氧氣含量減少到一定程度的時候，紅磷就不再燃燒了，使氧氣沒有耗盡．

分析與交流
對小周的猜想，大家一致認為小周的猜想不合理，并認為這樣做的結果將使誤差更大，原因是：蠟燭中含有碳元素和氫元素，燃燒消耗氧氣的同時產生CO₂和水蒸氣，反應前后氣體總體積無明顯減少，反應前后壓強無明顯減少．
實驗與結論
（1）小吳決定使用圖1甲裝置重做實驗，并在實驗前重新檢驗了裝置的氣密性．小吳檢驗圖1甲裝置氣密性的正確操是將裝置如原圖所示重新裝配，在燒杯中注入足量水，打開彈簧夾；用熱毛巾捂住廣口瓶，如果看到有氣泡冒出；撤掉熱毛巾后，導管中將倒吸一段水柱，則裝置的氣密性良好．
（2）為了驗證小施的猜想，同學們將500mL干燥的殘余氣體與足量灼熱的銅粉充分反應，結果發現銅粉增重0.028g．由上述實驗事實可知，殘余氣體中有氧氣；殘余氣體中氧氣的體積占4%（已知該條件下氧氣的密度為1.4g/L）．
反思與評價
針對課本實驗裝置和操作的不足，同學們經過認真思考，改進并設計了如圖2乙的實驗裝置，實驗中發現白磷比紅磷更易于燃燒，原因是白磷的著火點低．除此優點外，與圖甲的裝置相比較，請你說出新裝置的兩個優點：
（1）裝置簡單、緊湊，操作方便，現象明顯；（2）裝置中直接有刻度，方便直接讀取數據，利于數據比較．
實驗結束后，同學們還意外發現左玻璃管內壁上端附著黃色固體．該黃色固體主要成分可能是白磷．

Answer 1

分析 【猜想與假設】根據發現氣體減少的體積小于 進行猜想解答；
【分析與交流】根據蠟燭中含有碳元素和氫元素，燃燒消耗氧氣的同時產生CO₂和水蒸氣，反應前后氣體總體積無明顯減少解答；
【實驗與結論】（1）根據檢驗裝置氣密性的方法解答；
（2）根據銅粉增重的原因分析氧氣的存在，并計算其體積分數；
【反思與評價】
根據改進的實驗裝置，從裝置的特點、安全、環保等方面與原來的裝置相比較總結優點．
根據【查閱資料】可以知道，白磷為白色或黃色固體，可以據此解答該題．

解答 解：【猜想與假設】
①可能是紅磷的量不夠，導致氧氣沒有耗盡；
②可能是紅磷熄滅后還沒等冷卻到室溫，就打開了彈簧夾；
③可能是氧氣含量減少到一定程度的時候，紅磷就不再燃燒了，使氧氣沒有耗盡；
故答案為：可能是氧氣含量減少到一定程度的時候，紅磷就不再燃燒了，使氧氣沒有耗盡；
【分析與交流】
蠟燭中含有碳元素和氫元素，燃燒消耗氧氣的同時產生CO₂和水蒸氣，反應前后氣體總體積無明顯減少，反應前后壓強無明顯減少；
故答案為：蠟燭中含有碳元素和氫元素，燃燒消耗氧氣的同時產生CO₂和水蒸氣，反應前后氣體總體積無明顯減少，反應前后壓強無明顯減少；
【實驗與結論】
（1）將裝置如原圖所示重新裝配，在燒杯中注入足量水，打開彈簧夾；用熱毛巾捂住廣口瓶，如果看到有氣泡冒出；撤掉熱毛巾后，導管中將倒吸一段水柱，則裝置的氣密性良好；
故答案為：將裝置如原圖所示重新裝配，在燒杯中注入足量水，打開彈簧夾；用熱毛巾捂住廣口瓶，如果看到有氣泡冒出；撤掉熱毛巾后，導管中將倒吸一段水柱，則裝置的氣密性良好；
（2）根據將500mL的殘余氣體與足量灼熱的銅粉充分反應，結果發現銅粉增重0.028g，可知銅粉增重的質量就是消耗氧氣的質量，即0.028g，所以殘余氣體中有氧氣，且其體積為：$\frac{0.028g}{1.4g/L}$×1000ml=20ml，則殘余氣體中氧氣的體積分數為：$\frac{20mL}{500mL}$×100%=4%；
故答案為：4；
【反思與評價】改進的實驗裝置，與原來的裝置相比較的優點有：
（1）裝置簡單、緊湊，操作方便，現象明顯；
（2）裝置中直接有刻度，方便直接讀取數據，利于數據比較；（凡是與體積相關的答法均屬此列）
（3）避免原裝置的導管中存在空氣，造成的體積誤差；
（4）讓磷的燃燒在密閉體系中進行，不污染大氣，綠色環保；
（5）避免燃著的紅磷在伸進廣口瓶的時候造成熱空氣的散逸，影響實驗的科學性等；
故答案為：白磷的著火點低；裝置簡單、緊湊，操作方便，現象明顯；裝置中直接有刻度，方便直接讀取數據，利于數據比較；
根據【查閱資料】可以知道，白磷為白色或黃色固體，所以左玻璃管上端的黃色固體主要成分可能是白磷固體受熱蒸發后的附著在玻璃管上的；
故答案為：白磷．

點評 本考點考查的是空氣中氧氣含量的探究實驗，是中考的主要考點之一，本題根據實驗操作圖，回憶實驗中現象，由實驗中的注意事項，對實驗結果進行評價，從而理解該實驗的探究目的，題目難度中等．