Question

2．学习化学离不开实验和科学探究．
【实验活动一】甲、乙两位同学用图1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）检查装置的气密性．
（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：
（2）红磷在瓶内燃烧现象是红磷燃烧，生成大量的白烟发生反应的文字或符号表达式为磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（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①③．
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，原因是因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
【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空气中的氧气与铜丝充分反应．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会产生五氧化二磷，污染空气．

Answer 1

分析 【实验活动一】
（1）根据实验前先检查装置的气密性解答；
（2）根据反应物和生成物，反应条件书写符号表达式，不需要配平；
（3）根据量筒中剩余水的体积可计算进入集气瓶中的水的体积，然后用进入集气瓶中水的体积除以集气瓶的容积就是测量的氧气的体积分数．
（4）造成测得氧气的体积分数小于五分之一的因素可以从以下四个方面考虑：①装置是否漏气；②红磷的用量是否充足；③瓶内的氧气是否耗尽；④装置是否冷却到室温．造成测得氧气的体积分数大于五分之一的因素可以从以下两各方面考虑：①止水夹有没有夹紧；②燃烧匙伸入是否过慢．
【实验与交流】
【实验与交流】根据碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流解答；
【实验活动二】
（1）根据交替缓慢推动两个注射器，能使两个注射器内的氧气与红磷充分接触，进行分析解答．
（2）根据装置特点进行分析解答．

解答 解：【实验活动一】
（1）实验前先检查装置的气密性；
（2）点燃的红磷，在集气瓶燃烧，生成大量的白烟．红磷燃烧生成了五氧化二磷，红磷在瓶内燃烧的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；符号表达式为 4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（3）甲同学记录量筒中水的体积为55mL，进入集气瓶中的水为100mL-55mL=45mL，氧气的体积分数可为$\frac{45mL}{250mL}$×100%=18%；
18%，乙同学记录量筒中水的体积为44mL，氧气的体积分数为$\frac{100mL-44mL}{250mL}$×100%=22.4%．乙同学测出的氧气的含量偏大；
（4）导致甲同学实验结果偏低的原因可能是红磷过少或装置漏气等；导致乙同学实验结果偏高的原因可能是 止水夹没有夹紧，红磷燃烧时空气外逸或燃烧匙伸入过慢，集气瓶中空气外逸．
【实验与交流】因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
【实验活动二】
（1）交替缓慢推动两个注射器，能使封闭空间的氧气与铜丝充分接触，使空气中的氧气与红磷充分反应．铜和氧气加热，生成氧化铜，该反应的文字表达式为：铜+氧气$\stackrel{加热}{→}$氧化铜；
（2）从保护环境角度考虑，与用红磷燃烧的方法相比，用加热铜丝测空气中氧气含量的主要优点是不会产生五氧化二磷，污染空气．
故答案为：
【实验活动一】
（1）检查装置的气密性；
（2）红磷燃烧，生成大量的白烟；磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷或4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（3）18%，大．
（4）①③；
【实验与交流】因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
【实验活动二】
（1）使空气中的氧气与铜丝充分反应；铜+氧气$\stackrel{加热}{→}$氧化铜；
（2）不会产生五氧化二磷，污染空气．

点评 本题主要考查用红磷测定空气里氧气含量的实验原理、操作步骤、实验结论和注意事项等，培养了学生在做实验时一定要有认真、严谨、一丝不苟的科学态度．