Question

13．某实验小组利用如图所示装置测量空气中氧气体积分数并取得成功．
[查阅资料]白磷的着火点40℃．
[提出问题]氧气体积约占空气总体积的多少？
[实验准备]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．
[实验探究]装入药品，按图1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．
[现象分析]
（1）将锥形瓶底部放入热水中，白磷被引燃，集气瓶内观察到的现象是大量白烟，足量的白磷在锥形瓶中未能全部燃烧，说明瓶内剩余气体不支持燃烧（填“支持”或“不支持”）．写出白磷燃烧的文字或化学符号表达式：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）在整个实验过程中，可观察到气球的变化是先鼓后瘪．
（3）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导致这些现象发生的原是：当注射器中的水还剩约4mL时停止下流．白磷燃烧消耗了锥形瓶中的氧气，使瓶中气压降低；锥形瓶中氧气约占46mL，当注射器中的水进入锥形瓶约46mL后，瓶中气压与外界相当．
[得出结论]氧气约占空气总体积的1/5．
[反思拓展]用此实验装置测定空气中氧气体积分数，跟教材实验（图2）
比较有何优点？（请答一点）减少了污染，实验测定更精确；
进行科学探究需要注意的要素观察仔细，探索深入等．

Answer 1

分析 （1）根据燃烧的条件、分析回答剩余气体的特点，根据白磷燃烧生成五氧化二磷书写反应的化学方程式；
（2）根据瓶内压强的变化分析气球的变化；
（3）根据瓶内压强的变化及空气中氧气的体积分数进行分析；
[得出结论]
[反思拓展]根据氧气约占空气体积的五分之一解答；
【拓展应用】根据装置特点进行分析．

解答 解：（1）足量的白磷在锥形瓶中未能全部燃烧，说明瓶内剩余气体不支持燃烧，白磷燃烧生成的是五氧化二磷，故填：不支持；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）白磷开始燃烧时放出大量的热，压强增大，则气球变大，当白磷不再燃烧，温度降低，由于氧气被消耗，则瓶内气压小于大气压，故气球又会变小，故填：先鼓后瘪；
（3）由于白磷燃烧消耗了氧气，导致瓶内的气压减小，故注射器内的水会流下，锥形瓶内空气体积为230mL，氧气约占230mL×$\frac{1}{5}$=46mL，故注射器中的水约剩50mL-46mL=4mL时停下，故白磷燃烧消耗了锥形瓶中的氧气，使瓶中气压降低；锥形瓶中氧气约占46mL，当注射器中的水进入锥形瓶约46mL后，瓶中气压与外界相当；
[得出结论]氧气约占空气总体积的1/5；
[反思拓展]用此实验装置测定空气中氧气体积分数的优点是：减少了污染，实验测定更精确；进行科学探究需要注意的要素是：观察仔细，探索深入等．
答案：
（1）大量白烟；不支持；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅    
（2）先鼓后瘪；
（3）当注射器中的水还剩约4mL时停止下流．白磷燃烧消耗了锥形瓶中的氧气，使瓶中气压降低；锥形瓶中氧气约占46mL，当注射器中的水进入锥形瓶约46mL后，瓶中气压与外界相当；
[得出结论]1/5；
[反思拓展]减少了污染，实验测定更精确；观察仔细，探索深入等．

点评 本题主要考查实验测定空气中氧气含量的原理及实验的现象，解此类问题时关键是分析清楚实验原理．