Question

4．氧气是一种重要的物质，某化学兴趣小组同学设计了多组实验装置测定空气中氧气的含量
【常规测定】
如图1所示的是小明用红磷在空气中燃烧来测定的方法．
（1）用化学式表示红磷燃烧的化学反应：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，属于化合（填“分解”或“化合”）反应．
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积超过集气瓶中原空气总体积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是（写一条）止水夹未夹紧（或瓶塞塞得太慢等）．
（3）上面的实验同时证明了氮气的化学性质有不可燃、不支持红磷的燃烧、不与水反应等．（任写一条）
【实验改进】

小华同学经过思考，没有使用止水夹，设计出了如右图所示的实验装置．
实验过程：
①经检查，装置的气密性良好；
②在集气瓶里装进a体积的水，燃烧匙里放一块白磷（40℃时白磷即可燃烧），按图2示装置连接仪器，然后在酒精灯上把玻璃棒下端加热，玻璃棒的作用为引燃白磷；（注：集气瓶内的长导管已接近瓶底）
③把预先加热过的玻璃棒按下与白磷接触，观察到白磷立即着火燃烧，现象为白磷燃烧，产生大量白烟（注：白磷与红磷燃烧的产物、现象均相同）；
④待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是b，整个集气瓶的体积是c．
从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化现象是液面先下降再上升；
⑤根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数．已知c=60mL，a=10mL，b=19mL，得出结论，氧气的体积分数为18%．
实验反思：
①组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进a体积的水”非常不理解．咨询了组长小明之后，他终于明白“a 体积的水”的作用，其一是为了加快⑤步骤中集气瓶的冷却速度；其二主要是形成液封，防止气体受热膨胀从导管逸出．
②在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验最后产生的实际值小于理论值的是AC．
A．装置气密性不好
B．实验前集气瓶里没有装a体积的水
C．集气瓶没有冷却到室温
D．用红磷代替白磷（红磷的着火点在240℃左右）
【实验拓展】
小军同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图3所示 ），你认为改进后的优点是：保护环境，防止大气污染．

Answer 1

分析 （1）根据红磷和氧气反应生成五氧化二磷进行分析；
（2）根据进入集气瓶中水的体积超过集气瓶中原空气总体积的1/5，说明集气瓶内除了减少了氧气，也减少了其他气体进行分析；
（3）根据过量的红磷最后会熄灭，说明氮气不具有助燃性进行分析；
实验过程：根据白磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟，磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷；实验前集气瓶里要装进适量a体积的水的作用是：形成液封，防止实验过程中集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果；从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降，后上升，因为开始时，燃烧放热使气体体积膨胀，冷却后收缩，因此先下降，后上升；根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空气五等分，b=19mL进行分析；
实验反思：①根据气体受热膨胀会逸出进行分析；
②根据导致实验最后产生的实际值小于理论值，说明氧气减少的量不足或者外界空气进行了补充进行分析；
【实验拓展】根据五氧化二磷会污染空气进行分析．

解答 解：（1）红磷和氧气反应生成五氧化二磷，化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，该反应满足化合反应多变一的条件，属于化合反应；
（2）进入集气瓶中水的体积超过集气瓶中原空气总体积的1/5，说明集气瓶内除了减少了氧气，也减少了其他气体，所以导致这一结果的原因可能是：止水夹未夹紧（或瓶塞塞得太慢等）；
（3）过量的红磷最后会熄灭，说明氮气不具有助燃性等性质；
实验过程：白磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟；
磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降，后上升，因为开始时，燃烧放热使气体体积膨胀，冷却后收缩，因此先下降，后上升；
根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空气五等分，则b=19mL；因此氧气的体积分数=$\frac{19mL-10mL}{60mL-10mL}$×100%=18%；
实验反思：①实验前集气瓶里要装进适量a体积的水的作用是：形成液封，防止实验过程中集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果；
②导致实验最后产生的实际值小于理论值，说明氧气减少的量不足或者外界空气进行了补充，故选：AC；
【实验拓展】五氧化二磷会污染空气，所以改进后的优点是：保护环境，防止大气污染．
故答案为：（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，化合；
（2）止水夹未夹紧（或瓶塞塞得太慢等）；
（3）不可燃、不支持红磷的燃烧、不与水反应等；
实验过程：②引燃白磷；
③白磷燃烧，产生大量白烟；
④液面先下降再上升；
⑤18%；
实验反思：①形成液封，防止气体受热膨胀从导管逸出；
②AC；
实验拓展：保护环境，防止大气污染．

点评 本考点是用白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．