Question

16．学习化学离不开实验和科学探究．
【实验活动一】甲、乙两位同学用右图所示的装置定量测定空气中氧气的体积分数．
已知广口瓶中空气体积为250mL（已扣除瓶塞和瓶中水所占体积）
I．他们实验过程如下：
（1）

（2）用弹簧夹夹住橡胶管后，将燃烧匙中红磷在酒精灯上点燃后伸入集气瓶中，并将导管伸入装有l00mL水的量筒中．
（3）过一段时间后，打开弹簧夹，等到水不再进入广口瓶时，从量筒中取出导管，记录量筒中剩余水的体积．
（4）甲同学记录量筒中水的体积为55mL，乙同学记录量筒中水的体积为44mL．
Ⅱ．仔细阅读以上实验过程回答下列问题：
（1）将上述实验过程的第一步补充完整：检查装置气密性
（2）红磷在瓶内燃烧现象是产生大量白烟，发生反应的文字表达式为磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷
（3）甲同学测得空气中氧气的体积分数为，乙同学测出的氧气的含量偏大（填大或小）
（4）导致甲同学实验结果的原因可能是②④
①红磷的量不足②实验过程中，没夹紧弹簧夹③装置未完全冷却就打开弹簧夹④点燃红磷后，燃烧匙伸入集气瓶中太慢
【实验与交流】在老师的指导下，甲乙两位同学又重复几次该实验，测出了比较准确的数据．
甲同学提出在不改变其他条件的情况下，能否用木炭代替红磷做这个实验呢？乙同学认为不行，原因是木炭与氧气反应生成二氧化碳气体．
【拓展延伸】甲乙两位同学查阅资料知道红色的铜丝也能跟空气中的氧气反应生成黑色的氧化铜固体．根据此反应原理，他们猜想能否用铜丝准确测定空气中氧气的含量呢？于是进行了实验活动二，装置如图2．
【实验活动二】在由两个注射器组成的密闭系统内共有50mL空气，然后给装有铜丝的玻璃管加热．同时交替推动两个注射器的活塞，至玻璃管内的黑色固体较长时间内无进一步变化时停止．停止加热，冷至室温，读出残留的注射器里气体的体积，算出空气中氧气的体积分数约为21%．
Ⅱ．仔细阅读以上实验过程回答下列问题：
（1）在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是使装置中的氧气完全反应．写出该反应的文字表达式铜+氧气$\stackrel{加热}{→}$氧化铜．
（2）从保护环境角度考虑，与用红磷燃烧的方法相比，用加热铜丝测空气中氧气含量的主要优点是不污染环境．

Answer 1

分析 【实验活动一】
凡是有气体参加或产生的实验，实验前一定要检查装置的气密性，以防装置漏气影响实验结果；
红磷燃烧生成五氧化二磷；
根据提供的数据可以计算氧气的含量；
燃烧匙伸入集气瓶时太慢，导致集气瓶中的气体部分逸出，红磷燃烧过程中，止水夹没有夹紧，导致集气瓶中的部分气体通过导管逸出，会导致测定结果偏大；
【实验与交流】
木炭燃烧生成二氧化碳；
【实验活动二】
在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是使装置中的氧气完全反应；
铜和氧气在加热条件下反应生成氧化铜；
不同的实验装置，优缺点不同．

解答 解：【实验活动一】
（1）上述实验过程的第一步应该检查装置气密性．
故填：检查装置气密性．
（2）红磷在瓶内燃烧产生大量白烟，发生反应的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
故填：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（3）甲同学测得空气中氧气的体积分数为：$\frac{100mL-55mL}{250mL}$×100%=18%；
乙同学测出的氧气的含量为：$\frac{100mL-44mL}{250mL}$×100%=22.4%，比实际值偏大．
故答案为：18%；大．
（4）导致甲同学实验结果的原因可能是：实验过程中，没夹紧弹簧夹，点燃红磷后，燃烧匙伸入集气瓶中太慢．
故填：②④．
【实验与交流】
乙同学认为不行，原因是：木炭与氧气反应生成二氧化碳气体，会导致水不能进入集气瓶．
故填：木炭与氧气反应生成二氧化碳气体．
Ⅱ．
（1）在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是使装置中的氧气完全反应；
该反应的文字表达式为：铜+氧气$\stackrel{加热}{→}$氧化铜．
故填：使装置中的氧气完全反应；铜+氧气$\stackrel{加热}{→}$氧化铜．
（2）从保护环境角度考虑，与用红磷燃烧的方法相比，用加热铜丝测空气中氧气含量的主要优点是不污染环境．
故填：不污染环境．

点评 合理设计实验，科学地进行实验、分析实验，是得出正确实验结论的前提，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为学好化学知识奠定基础．