Question

14．某化学兴趣活动小组为测定空气中氧气的含量，进行如下探究实验：

（1）如图1所示，在一个具有刻度和可以滑动的活塞的玻璃容器中放入一粒白磷（白磷燃烧所需的最低温度为40℃），将玻璃容器固定好，放在盛有85℃热水的烧杯上．请回答下列问题：①实验中可以看到玻璃容器内
白磷燃烧时的现象是产生大量白烟，该反应的符号表达式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．实验结束后，恢复至常温，活塞应停在刻度4处，出现该现象的原因是：白磷燃烧消耗了空气中气态的氧气而生成了固态的五氧化二磷，从而使玻璃容器内的气体体积减小（填“增大”、“减小”或“不变”）．
②玻璃容器内余下的气体主要是氮气．
③此反应中白磷要过量，目的是除尽氧气．
（2）小军根据燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验原理，认为可用木炭代替红磷测定空气中氧气的含量，并按图2装置进行实验．他依据的实验原理可能是通过可燃物消耗氧气使装置内气压减小，外界液体就可以等体积进入，从而测定出氧气的体积．
①小军检查装置气密性后，将盛有足量红热木炭的燃烧匙迅速伸入集气瓶中，并把塞子塞紧，待红热的木炭熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹，并未发现倒吸现象．经过认真分析，小军发现实验失败的原因是集气瓶中的压强没有变化．
②小军反思上述实验的探究过程后认为：用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在药品的选择或生成物的要求上应考虑的是（答一条）能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．

Answer 1

分析 （1）白磷在空气中燃烧的现象为黄色火焰，冒出大量白烟；空气主要是由氮气和氧气组成的，其中氧气的体积分数为五分之一；实验成功的关键为白磷过量、反应充分、气密性良好等；
（2）根据题目是在研究空气成分的测定的基础上进行实验改进的设计探究题．这就需要首先弄清楚该实验的基本原理，只有原理清楚，在原理的指导下才能够进行有效的改性．本实验是借助能够和空气中某一成分的反应消耗掉装置内气体，并且通过等体积外界气体的进入实现对消耗气体体积的测定．所以在实验中要保证装置的气密性良好，要保证对气体的尽可能消耗，同时要防止生成新的气体，即反应所使用物品必须本身是非气体（这样可以多加，利于对氧气的尽可能消耗），同时生成物也不能是气体（保证外界液体的等量进入）．

解答 解：（1）白磷能与空气中的氧气反应，发出黄色火焰，冒出大量白烟，白烟是五氧化二磷，该反应的化学式表达式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．活塞在整个实验中的运动状况是：因为白磷燃烧放出大量的热，温度升高，压强增大，活塞先向右，温度降低后，压强减小，活塞向左运动，最后停在刻度4处．
空气主要是由氮气和氧气组成的，因此，白磷消耗完氧气后剩余的气体主要是氮气；空气中氧气的体积分数为五分之一；实验成功的关键为白磷过量、反应充分、气密性良好等，白磷过量是为了除尽氧气；
（2）实验原理是通过可燃物消耗氧气使装置内气压减小，外界液体就可以等体积进入，从而测定出氧气的体积．所以改进实验要建立的此原理上．至于实验出现的失败，就与该原理有关，与是否能够消耗氧气有关，与能否完全消耗氧气有关，与外界气体能否有效进入有关，而在具体回答是要结合本题的环境来回答：木炭燃烧生成二氧化碳气体或者一氧化碳气体，不能使内部气压减少，从而导致不能使外界液体进入．总结以上分析，在选择该实验的替代物质时，物质应该满足：能够和氧气等单一物质反应，且本身不能是气体且生成物不能是气体（如果能够想办法处理后期生成的气体也可以考虑使用）．
故：
通过可燃物消耗氧气使装置内气压减小，外界液体就可以等体积进入，从而测定出氧气的体积．
①装置内外没有明显的气压变化（也可以从生成物是气体考虑）．故答案为：集气瓶中的压强没有变化．
②能够和氧气等单一物质反应，且本身不能是气体且生成物不能是气体（如果能够像办法处理后期生成的气体也可以考虑使用）．故答案为：要能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．
答案：
（1）①产生大量白烟；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，4，氧气，五氧化二磷，减小；②氮气；  ③除尽氧气．
（2）通过可燃物消耗氧气使装置内气压减小，外界液体就可以等体积进入，从而测定出氧气的体积；
①集气瓶中的压强没有变化；
②能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．

点评 解决探究性实验题要过“三关”，即：审题观，要做到看清题中所讲的化学过程、看清题设条件、看清要解决的问题；分析观，想化学过程所涉及的化学概念和所用的化学原理、想所给条件与所求问题的关系、想有无隐含条件及题目考查的内容；解达观，根据题意和条件，选择最佳的答题方法，实验验证所选取的试剂要易得，操作要简单，现象要明显，结论要可靠．