Question

6．某化学兴趣小组的同学按照课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”的实验（如图1所示），但测出的氧气的体积分数明显小于$\frac{1}{5}$．请你参与探究：
（1）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？
（2）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

（3）猜想与假设
甲同学：可能是导管内原来含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性．
乙同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气．
你的猜想是：红磷量较少．
（4）交流与讨论
①丙同学认为用木炭代替红磷，就可以消除误差，大家认为他的猜想不合理．（填“合理”与“不合理”）理由是木炭燃烧生成二氧化碳气体．
②他们对课本上的实验装置进行了如图2所示的改进（其它仪器未标出）．
Ⅰ、甲同学提出应把红磷换为白磷，理由是白磷更容易被点燃．
Ⅱ、通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，这利用了金属铜的导热性．
Ⅲ、与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是操作简便．
（5）探究与反思
①为了验证乙同学的猜想，将铜粉放在残余气体中加热，观察到铜粉变黑色，证明乙同学的猜想合理（填“合理”或“不合理”）．
②大家用改进的实验装置（如图2所示）进行实验，待玻璃管冷却、管内白色的烟幕消失时，左玻璃管内的液面上升了1格，其液面上升的原因是氧气被消耗，管内压强减小．
③红磷与白磷不同的物理性质有颜色不同（写一点）．

Answer 1

分析 （3）猜想与假设：从测定空气中氧气含量的实验原理去分析解答；
（4）交流与讨论：①从实验所燃烧的物质必须具备的条件去分析解答；
②从资料中提供的与题目有关的信息，对比两种物质的特点去分析解答；通过对比实验装置找出各自的优点和缺点去分析解答；
（5）探究与反思：①铜粉可以和氧气反应生成黑色的氧化铜固体，可以据此解答该题；
②根据从测定空气中氧气含量的实验原理去来分析；
③根据红磷和白磷的颜色、熔点和密度不同等分析解答．

解答 解：（3）实验原理：利用红磷燃烧消耗空气中的氧气，使左边集气瓶内气体体积变小，压强变小，从而在外部大气压的作用下使烧杯内的水进入集气瓶，通过测量进入集气瓶中水的量来确定空气中氧气的体积分数．①如果所用红磷的量不足，造成瓶内空气中的氧气没有完全被消耗，瓶内残留气体中还有氧气，所以会使所测得的氧气的体积分数偏小；
②如果装置的气密性不好，外界气体会进入集气瓶中，形成不了压强差，外面的水进入集气瓶内体积变小，造成所测得的氧气的体积分数偏小；
③由于导管内原来含有空气，红磷燃烧完，打开止水夹后，应该是进入的都是水，但是由于导管内本身有气体，所以该部分气体的进入减少了液体的进入的量，我们对结果的推出是从液体的体积得出的造成瓶内空气中的氧气没有完全被消耗，所以会使所测得的氧气的体积分数偏小；由上面的分析不难看出：测出的氧气的体积分数明显小于五分之一的原因也就是上面的三条：①所用红磷的量不足；②装置的气密性不好；③可能是导管内原来含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性．由于题目中甲乙两同学已经猜出了其中的两个，剩下的猜想就是：装置的气密性不好；故答案为：装置的气密性不好；
（4）①如果用木炭代替红磷，木炭和空气中的氧气反应生成的是二氧化碳，由于二氧化碳是气体，这样在集气瓶内的气体的体积就不会减小，外面烧杯内的水就不会被压入集气瓶内，会导致实验失败；故答案为：木炭燃烧生成的二氧化碳是气体；
②a．由【查阅资料】中可知白磷的着火点为40℃，而红磷的着火点为240℃，通过铜丝传热达到白磷的着火点要比红磷容易的多，更容易被点燃．故答案为：白磷的着火点比红磷低，容易被点燃；
b．通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，火焰没有接触到白磷，而白磷能够燃烧说明白磷的温度升高，达到的白磷的着火点，而酒精灯与白磷相连的是铜丝，说明铜丝具有导热性；故填：导热；
c．如果使用课本上的装置，需要在集气瓶外点燃红磷，当燃烧着的红磷向集气瓶里放的时候，会让集气瓶内的空气因受热跑到瓶外，增大了实验的误差，而改进后的装置则有效的避免了这种现象；故答案为：实验过程装置密闭，实验误差小；
（5）①铜和氧气在加热的条件下生成黑色的氧化铜，所以若观察到铜粉变黑则说明装置残留有氧气，即乙同学的猜想合理；故填：合理；
②氧气被消耗，管内压强减小；故答案：氧气被消耗，管内压强减小；
③红磷红色固体，白磷是白色固体，故答案：颜色不同等．

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．