Question

4．“空气中氧气含量的测定”有多种方法．甲生设计了如图1如示的实验方案：在燃烧匙内盛过量红磷，点燃后立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞，待红磷火焰熄灭，集气瓶冷却至室温，打开铁夹，水注入集气瓶．回答下列问题：

（1）反应结束后，打开铁夹，水自动注入集气瓶的直接原因是装置内的压强小于外界的气压
（2）乙生也设计了一个如图2所示的实验方案，装置和操作同甲类似，只不过用硫粉代替了红磷，并增加了滴管．要使实验成功，乙在滴管中应加入氢氧化钠溶液，可在反应后滴入，用于吸收燃烧产物，写出该溶液发生反应的化学方程式SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．（提示：生成物是亚硫酸钠和水．）
（3）丙生想利用氧气和某种金属的反应，来测定空气中的氧气含量．他选择利用下列仪器、药品：
（4）①带瓶塞的容积为V的烧瓶  ②电子天平（称量精度为0.01克）
③酒精灯                     ④某种金属粉末．
他的实验步骤如下：准确称量某种金属粉末的质量M（足量），将其放入烧瓶，塞紧瓶塞，加热一段时间后（设金属不于其他气体反应），倒出烧瓶中粉末，并称其质量N（设氧气的密度为ρ）．则氧含量为$\frac{N-M}{Vρ}$（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）空气成分的测定实验的原理是利用某种物质燃烧消耗空气中某一成分，导致装置内的压强减小，从而使等体积液体倒流进入装置内．液体倒流的直接原因是装置内外的压强差，最根本的原因是物质燃烧对气体的消耗．这就要求生成物不能是气体，而当生成物为气体时，我们就必须想办法让液体能够和生成的气体反应或者溶解．
（2）乙同学实验中生成二氧化硫气体，借助二氧化硫的溶解性当然可以实现目的，但是为了促进溶解进行，或者叫启动反应的发生，我们可以借助更快捷的反应就是氢氧化钠溶液来吸收二氧化硫，这样水就能够更迅速进入装置内去溶解二氧化硫．
（4）对于使用天平来测定，要学会倒推，知道质量就可以根据密度求体积，所以要根据操作去分析实验的思路和原理．

解答 解：（1）空气成分的测定实验的原理是利用某种物质燃烧消耗空气中某一成分，导致装置内的压强减小，从而使等体积液体倒流进入装置内．液体倒流的直接原因是装置内外的压强差，最根本的原因是物质燃烧对气体的消耗．这就要求生成物不能是气体，而当生成物为气体时，我们就必须想办法让液体能够和生成的气体反应或者溶解．
（2）乙同学实验中生成二氧化硫气体，借助二氧化硫的溶解性当然可以实现目的，但是为了促进溶解进行，或者叫启动反应的发生，氢氧化钠溶液来吸收二氧化硫，这样水就能够更迅速进入装置内去溶解二氧化硫．
（4）根据题目中给定的天平和烧瓶体积的信息，可以称量金属在反应前后质量的变化，从而计算消耗的氧气的质量，根据氧气的密度求出氧气的体积，从而求出空气中氧气的含量．则氧含量为：$\frac{N-M}{ρ}÷V$=$\frac{N-M}{Vρ}$；
故答案：
（1）装置内的压强小于外界的气压；
（2）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）$\frac{N-M}{Vρ}$．

点评 要在实验改进中学会根据实验的操作来研究实验的思路，例如本题在天平上就要结合题目中提供的操作过程去猜想实验思路．