Question

19．甲乙两化学兴趣小组的同学按课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图甲所示），但测出的氧气的体积分数存在误差．
请你参与探究：
甲组测出氧气的体积分数小于五分之一
【提出问题】造成误差的原因是什么？如何改进课本上的实验装置？
【查阅资料】红磷、白磷的一些性质如下表：

	颜色、状态	熔点/℃	着火点/℃	密度（g/cm3）
红磷	暗红色固体	590	240	2.34
白磷	白色或黄色固体	44.1	40	1.82

【猜想与假设】
A同学：可能是导管内原含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性．
B同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气．
（1）你还能作出的猜想是集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹．
【交流与讨论】
他们对课本上的实验装置进行了图乙所示的改进（其他仪器忽略）．
（2）与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是确保装置不漏气．
（3）能得出空气中氧气约占五分之一体积的实验现象是左边液面上升至“1”刻度处．
乙组同学从课本镁条燃烧实验得到启发，用镁代替红磷，实验完毕，冷却后进入水的体积远大于总容积的1/5．
【猜想与假设】可能镁条与氮气发生了反应
【设计实验】
为检验镁条能否在N₂中燃烧，兴趣小组展开如下探究：
①组装仪器（图1，钟罩下端无底），检查气密性：向水槽中加水，观察到表面皿上浮现象，说明气密性良好；
②将足量白磷在空气中点燃后，迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞；
③待钟罩内水面不再变化时，向水槽中加水，使水槽中液面与钟罩内液面相平；
④打开橡皮塞，将燃着的螺旋状镁条迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图2），观察液面变化；

【交流讨论】
（4）步骤①气密性良好的现象是表面皿上浮；
（5）步骤②目的是对比实验；
（6）步骤④观察到现象，说明镁条与氮气反应．
【结论】除氧气外，镁条还能与氮气反应．
【反思】乙组小罗同学认为只进行图2实验，当钟罩内进入水的体积大于总容积的$\frac{1}{5}$，就能说明镁与氧气、氮气都发生了反应，对此观点你认为是否正确并说明理由不正确，可能是实验误差造成的．
【拓展】①镁与氮气反应生成氮化镁（Mg₃N₂），由于氧气比氮气活泼，所以镁燃烧生成的氮化镁质量比氧化镁小（大、小）．
②8g镁在空气中燃烧，若有30%的镁生成氮化镁，计算氮化镁的质量（写出计算过程）．

Answer 1

分析 【猜想与假设】集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹也会导致测量结果偏小，可以据此提出猜想；
【交流与讨论】
（2）根据装置特点进行分析解答；
（3）根据能得出空气中氧气约占五分之一体积的实验现象是左边液面上升至“1”刻度处解答；
【交流讨论】
（4）根据检查气密性的方法解答；
（5）根据步骤②目的是对比实验；
（6）根据步骤④观察到图2中的表面皿高于图1中的表面皿现象，说明镁条与氮气反应；
【反思】根据造成误差的原因分析解答；
【拓展】①根据题中信息分析解答；
②根据镁的质量求出氮化镁的质量．

解答 解：【猜想与假设】：要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②红磷足量；③必须冷却到室温再读数等；故答案为：集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】
（2）与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是确保装置不漏气；
（3）能得出空气中氧气约占五分之一体积的实验现象是左边液面上升至“1”刻度处；
【交流讨论】
（4）检查气密性：向水槽中加水，观察到表面皿上浮现象，说明气密性良好；
（5）步骤②目的是对比实验；
（6）步骤④观察到图2中的表面皿高于图1中的表面皿现象，说明镁条与氮气反应；
【反思】乙组小罗同学认为只进行图2实验，当钟罩内进入水的体积大于总容积的$\frac{1}{5}$，就能说明镁与氧气、氮气都发生了反应，对此观点你认为是否正确并说明理由不正确，可能是实验误差造成的；
【拓展】①镁与氮气反应生成氮化镁（Mg₃N₂），由于氧气比氮气活泼，所以镁燃烧生成的氮化镁质量比氧化镁小．
②氮化镁中镁的质量=8g×30%=2.4g
氮化镁的质量=$\frac{2.4g}{\frac{24×3}{24×3+14×2}×100%}$=3.3g
答案：
【猜想与假设】（1）集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】
（2）确保装置不漏气；
（3）左边液面上升至“1”刻度处；
（4）表面皿上浮；
（5）对比实验；
（6）图2中的表面皿高于图1中的表面皿
【反思】不正确，可能是实验误差造成的．
【拓展】①小．②3.3g

点评 本考点考查的是空气中氧气含量的探究实验，属于实验探究题，回忆实验中现象，得出正确的结论．这类探究实验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、去探究，从而回答题目给出的问题．本考点主要出现在填空题和实验题中．