Question

14．下面是几位同学测量空气中氧气体积分数的四个实验，请你参与他们的探究：

[实验一]小强采用A图所示的装置进行实验：在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推拉两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化．
（1）在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是使空气中的氧气充分反应．
[实验二]：小红采用B图所示的装置进行实验：实验过程如下：
第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记．
第二步：用放大镜点燃燃烧匙内的红磷．
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$．
请回答下列问题：
（1）集气瓶中剩余的气体主要是氮气，根据实验推断它的化学性质有难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧．
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于总容积的$\frac{1}{5}$，其原因可能是装置漏气、红磷的量不足；装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一．
（3）红磷燃烧的现象是产生黄色火焰，放出热量，冒出大量的白烟，其符号表达式为4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
[实验三]小华同学打算采用C图所示的装置进行实验：锥形瓶内空气体积为230mL，注射器中水的体积为50mL，该装置气密性良好．装入药品，按图所示连接好仪器，夹紧弹簧夹．先将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，然后将锥形瓶从热水中取出．
请回答下列问题：
（1）在整个实验过程中，可观察到气球的变化是先鼓后瘪．
（2）待白磷熄灭、锥形瓶冷却到室温后，打开弹簧夹，还可观察到的现象是：①注射器中的水自动喷射出来，②当注射器中的水还剩4mL时停止下流．
[实验四]小明用图D装置进行镁条在空气中燃烧的实验，燃烧、冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶体积的70%．
（1）冷却后打开止水夹，水能进入集气瓶的原因是镁与氧气反应，集气瓶内压强减少，内外产生压强差．
（2）若镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的21
%，现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出减少的气体中还有氮气．

Answer 1

分析 本题用铜丝、白磷或红磷测定空气中氧气的含量，本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品铜丝、白磷或红磷的量，必须是足量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等．如果控制不好条件，进入集气瓶中水体积会小于五分之一．如果装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一．符号表达式的书写要正确，本实验也体现了氮气难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质．

解答 解：实验一：交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是：铜和氧气在加热的条件下生成氧化铜；现象是红色变黑色；小强测得实验结果：25mL-22mL=3mL，由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数小于21%；造成该实验出现误差的原因可能是：加入铜丝量太少．
故答案为：（1）使空气中的氧气充分反应；
实验二：本实验也体现了氮气难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质；进入集气瓶中水的体积小于五分之一，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；如果进入集气瓶中水的体积大于五分之一，就说明操作太慢，致使装置内的部分空气逸散出来．磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，燃烧的现象是：发出黄光，放出热量，冒出大量的白烟．
故答案为：（1）氮气；难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧；
（2）装置漏气、红磷的量不足；装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一；
（3）发出黄光，放出热量，冒出大量的白烟；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
实验三：不断推拉活塞气球会鼓起随着红磷的燃烧装置中的气体减少气压减小气球会变瘪；红磷燃烧完可观察到的现象为：锥形瓶中的氧气为230mL×$\frac{1}{5}$=46mL，注射器活塞在（50-46）mL=4mL刻度处；故答案为：（1）先鼓后瘪；（2）4；
实验四：烧杯可以盛放较多量的液体药品：镁和氧气在点燃的条件下生成氧化镁；冷却后打开止水夹，水能进入集气瓶的原因是：镁与氧气反应，集气瓶内压强减少，内外产生压强差；如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的21%；现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出减少的气体中有氮气；
故答案为：（1）镁与氧气反应，集气瓶内压强减少，内外产生压强差；（2）21；氮气．

点评 本考点是测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验中要注意以下几点：①装置的严密性②所用药品的量③生成物的状态④读数时要冷却到原温度等．要具体问题具体分析，根据设计的步骤中不同的现象去思考，从而得出正确的结论．本考点经常出现在选择题、填空题和实验题中．