Question

3．空气中氧气含量测定的再认识．
【经典赏析】教材中介绍拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图1）．关于该实验的说法正确的是BC（填字母）．
A．实验过程中使用汞没有污染                           B．该实验必须在密闭容器中进行
C．生成的物质加热后又能得到汞和氧气             D．汞只消耗曲颈甑内的氧气

【回归课本】如图2，集气瓶内充满空气，燃烧匙内盛有红磷，先关闭弹簧夹，点燃红磷，使其充分反应后冷却至室温．写出红磷燃烧的文字表达式：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，该反应的基本反应类型是化合反应．打开弹簧夹后出现的现象是烧杯中的水进入集气瓶中，约占集气瓶体积的1/5．
若按此方案进行实验，测出的氧气含量常常低于21%．
【提出问题】该方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量？
【进行猜想】
（1）红磷的量不足；（2）气密性不好（3）装置内氧气含量过低时，红磷不能继续燃烧…
【实验总结】
（1）该实验可推论出氮气难（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质不活泼的结论．
（2）请说出氮气的一条用途．作保护气
【交流与反思】
（1）许多物质燃烧的实验中都要在集气瓶底加少量水（如图2、3），但它们的作用不同．那么硫在氧气中燃烧的实验中要在集气瓶底加少量水作用是吸收生成的二氧化硫，防止污染空气．铁丝在氧气中燃烧实验中在集气瓶底加少量水的作用是防止熔融的生成物溅落瓶底使瓶底炸裂．
（2）氧气是一种化学性质比较活泼的气体，许多物质能在氧气中发生反应．例如铁丝在空气中不能燃烧，但在氧气中能燃烧，铁丝在氧气中燃烧的文字表达式：铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁．铁丝在在氧气中燃烧还要把铁丝绕成螺旋状并在顶端系一根火柴，系一根火柴的作用是引燃铁丝．
【实验改进】为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL的注射器组成的实验装置（如图4）．（提示：温度达到40^oC时，白磷易着火燃烧，注射器润滑性很好，活塞与管壁的摩擦忽略不计．）假设此实验能按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：
（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置的气密性良好．
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹，可观察到注射器的活塞向左（填“左”、“右”，下同）移动8mL．
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，反应时可观察到注射器的活塞先向右移动，再向移动12mL．

Answer 1

分析 【经典赏析】根据使用汞的优点进行分析解答；
【实验回顾】根据磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷解答；
【进行猜想】根据本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品红磷的量，必须是足量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等．
【实验总结】根据氮气的性质和用途解答；
【交流与反思】根据铁、硫燃烧的注意事项进行分析解答；
【实验与交流】根据白磷的着火点比红磷的着火点低解答；
【实验改进】
在本实验中用的是过量的白磷，燃烧后的生成物是固体，不需要占很大的空间．本实验中用的是40mL的试管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器，并且活塞在20mL处，有助于反应结束后计算体积．要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②白磷足量；③必须冷却到室温再读数．还要注意防止试管受热不均或气体体积受热膨胀过大，从而造成试管炸裂．

解答 解：
【经典赏析】
教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图1）．该实验中选择使用汞的优点有在汞槽中起到液封作用；生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气；能将密闭装置内空气中的氧气集合耗尽，故选BC；
【实验回顾】磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；该反应的基本反应类型是化合反应；打开弹簧夹后出现的现象是烧杯中的水进入集气瓶中，约占集气瓶体积的1/5；
【进行猜想】实验中所取的红磷不足（或实验前没有夹弹簧夹、实验装置可能未冷却就打开弹簧夹等）；
【实验总结】
（1）该实验可推论出氮气难溶于水和其化学性质不活泼的结论；
（2）氮气的一条用途是用作保护气；
【交流与反思】
（1）硫燃烧生成有毒的二氧化硫，硫在氧气中燃烧的实验中要在集气瓶底加少量水作用是吸收生成的二氧化硫，防止污染空气；铁丝在氧气中燃烧实验中在集气瓶底加少量水的作用是防止熔融的生成物溅落瓶底使瓶底炸裂；
（2）铁丝在氧气中燃烧的文字表达式：铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁；铁丝在在氧气中燃烧还要把铁丝绕成螺旋状并在顶端系一根火柴，系一根火柴的作用是：引燃铁丝；
【实验改进】
（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置的气密性良好；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这时白磷燃烧消耗掉的只是试管内的氧气为40mL×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞应停在20mL-8mL=12mL的刻度处；
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，白磷实际消耗掉的是试管40mL和注射器内20mL的氧气为（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，反应时可观察到注射器的活塞先向右移动，再向左移动，所以活塞应停在20mL-12mL=8mL的刻度处；
答案：
【经典赏析】BC．
【回归课本】红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；化合反应．烧杯中的水进入集气瓶中，约占集气瓶体积的1/5．
【提出问题】该方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量？
【进行猜想】（1）红磷的量不足；（2）气密性不好；
（3）装置内氧气含量过低时，红磷不能继续燃烧…
【实验总结】（1）难；不活泼．
（2）作保护气．
【交流与反思】（1）吸收生成的二氧化硫，防止污染空气．防止熔融的生成物溅落瓶底使瓶底炸裂．
（2）铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁．引燃铁丝．
【实验改进】
（1）气密性良好．
（2）左；12．
（3）右12．

点评 本考点是用红磷测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．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．本考点主要出现在填空题和实验题中．