Question

18．某研究性学习小组设计了如图1所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是标有以cm为单位的刻度尺、且在0刻度正上方一圆状缺口处有一圆筒状玻璃容器（带橡皮塞B），C为能自由移动的活塞．

他们操作过程如下：
a．检查装置的气密性；
b．将两个可自由移动的活塞C分别调整到左右两边刻度的10cm处；
c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，塞上橡皮塞B；
d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的温度，记录两活塞C之间的距离为h；
e．根据数据h列出公式，计算空气中氧气的体积分数．
（注：A容器内的固态物质、惰性电热板、活塞部分所占体积忽略不计，活塞与玻璃容器之间的摩擦力也忽略不计）
（1）检查装置气密性的方法是分别移动两活塞C到左右两边刻度为10cm处，塞紧橡皮塞B，双手将两活塞C向里推，使活塞之间的距离缩小，然后松手，活塞向外移动，直到两活塞C的距离为20cm时停止移动，说明装置气密性好．
（2）b～d的实验步骤中两活塞之间的距离h具体变化情况是h先大于20cm，后逐渐减少，直到h约等于16cm时保持不变．
（3）空气中氧气的体积分数的计算公式（含字母h）为$\frac{20cm-h}{20cm}$．
（4）如果在操作d中惰性电热板没有冷却到原来温度，则e操作中计算出的实验结果比理论值偏小（“大”或“小”）．
（5）该装置和图2比，优点是实验结果更准确．

Answer 1

分析 （1）根据题意“将两个可自由移动的活塞C分别调整到左右两边刻度的10cm处”，则可推测两活塞C的距离应为20cm，才能证明气密性好；
（2）考虑铜与空气中的氧气反应、空气中氧气的体积分数进行分析；
（3）考虑铜反应消耗的氧气，故可用含字母h的公式，进行分析；
（4）如果在操作d中惰性电热板没有冷却到原来温度，则h值偏大进行解答；
（5）根据环保性等分析．

解答 解：（1）根据题意“将两个可自由移动的活塞C分别调整到左右两边刻度的10cm处”，则可推测两活塞C的距离应为20cm，才能证明气密性好，故松手活塞向外移动，直到两活塞C的距离为20cm时停止移动，说明装置气密性好．
（2）b-d的实验步骤中，铜与空气中的氧气反应，而空气中氧气的体积分数为五分之一，故两活塞之间的距离h具体变化情况是h先大于20cm，后逐渐减少，直到h约等于16cm时保持不变．
（3）空气中氧气的体积分数的计算公式（含字母h）为 $\frac{20cm-h}{20cm}$．
（4）如果在操作d中惰性电热板没有冷却到原来温度，则h值偏大，根据$\frac{20cm-h}{20cm}$，则e操作中计算出的实验结果比理论值偏小．
（5）该装置比图2装置始终密封，实验结果更准确或无污染等
故答案为：
（1）20．
（2）h先大于20cm，后逐渐减少，直到h约等于16cm时保持不变．
（3）$\frac{20cm-h}{20cm}$；
（4）小；
（5）实验结果更准确或无污染等（只要答到一点、合理即给分）

点评 本题主要考查用铜粉测定空气组成的实验原理、操作、现象、结论和注意事项，难度稍大．此题在用红磷和集气瓶测定氧气在空气中体积分数的实验的基础上做了改进，但反应原理是相同的，同学们可参照原来的实验进行解答此题．