Question

19．用来测定空气成分的方法很多，如图1所示的是小王用红磷在空气中燃烧的测定方法．实验过程是：
第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记．
第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧．
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹．
（1）写出红磷燃烧的化学反应方程式4P+5O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂ O₅．
（2）第三步打开弹簧夹后观察到的现象水顺着导管流入集气瓶，且水的体积占集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$．
（3）上面实验同时证明了氮气有不支持燃烧的化学性质（答一点即可）．
（4）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总体积的$\frac{1}{5}$，你认为造成这一结果可能原因是红磷的量不足；装置漏气（答2点即可）．
【问题提出】有实验资料表明：此实验因为设计缺陷，在操作规范的情况下也常常测出氧气的含量会大于$\frac{1}{5}$．
（5）小王同学设想用其他物质代替红磷进行实验（装置不变）如图2，则下列因素不会影响实验结果的是C（填字母标号）．
A、替代物能否和氧气反应
B、替代物的用量
C、替代物的颜色
D、生成物的状态
【实验改进】
Ⅰ、根据铁在空气中生锈的原理设计如图装置，再次测定空气中氧气的含量，装置中食盐水、活性炭会加速铁生锈．
Ⅱ、测得实验数据如表：

测量 项目	实验前	实验后
	烧杯中水的体积	烧杯中水的体积	集气瓶（扣除内容物）的容积
体积/ml	80.0	54.5	126.0

（6）铁生锈发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气和水反应生成氢氧化亚铁，请写出该反应的化学反应方程式2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
（7）根据表中数据，改进实验后测得空气中氧气的体积分数为20.2%．（精确到0.1%）

Answer 1

分析 （1）根据实验的注意事项结合化学方程式的书写进行分析；
（2）根据实验完成后红磷有剩余，而瓶内剩余的气体主要为氮气，由此可推断得到氮气不能燃烧、也不支持燃烧的化学性质；
（3）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的五分之一，说明瓶内气体减少量不足五分之一，分析其原因主要为氧气未完全消耗或是冷却过程中空气进入瓶中所导致的结果，据此对实验进行分析；
（4）对比改进行前后的两种探究装置，可发现改进后不需要点燃红磷后再将燃烧匙伸入瓶中，可很好地避免因装置漏气而对结果带来的偏差；
（5）根据测定原理分析反应物和生成物的要求进行分析；
（6）根据铁与氧气和水反应生成氢氧化亚铁，写出反应的化学反应方程式解答；
（7）根据表中数据分析解答．

解答 解：（1）点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧，观察到：红磷燃烧，产生大量的白烟，红磷燃烧的化学方程式是4P+5O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂ O₅；
（2）待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，由于磷燃烧只消耗氧气，且不生成新气体，由于氧气被消耗，瓶内气压减小，所以现象的现象是：水顺着导管流入集气瓶，且水的体积占集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$．
（3）上面的实验由红磷的熄灭，说明了氮气性质不活泼，不支持燃烧，由进入的水只占集气瓶剩余容积的$\frac{1}{5}$．说明了氮气难溶于水．
（4）若进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，则瓶内气压减小量也不到原压强的$\frac{1}{5}$，即氧气没有耗尽或实验完毕后有气体进入装置，故理由是：红磷的量不足，不能耗尽氧气，或装置漏气等；
（5）替代物的颜色不会影响实验结果．如果替代物不和氧气反应，就会使流入集气瓶的水的体积小于五分之一；如果替代物的用量不足，就会使氧气不能完全反应，使流入集气瓶的水的体积小于五分之一；生成物如果是气体，就会占一定空间，体积变化不明显，使测量的结果不正确．只有颜色变化不会影响测量结果．
故填：C；
（6）铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）₂]，故填：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（7）根据反应前后烧杯内水的体积变化可以看出，消耗的氧气的体积是：80-54.5=25.5mL，故氧气的体积分数为$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%≈20.2%，故填：20.2%．
故答案：
（1）4P+5O₂ $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂ O₅；
（2）水顺着导管流入集气瓶，且水的体积占集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$；
（3）不支持燃烧；
（4）红磷的量不足；装置漏气；
（5）C；
（6）2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（7）20.2%．

点评 空气是人类宝贵的自然资源，在中考中占有重要的地位，特别是空气中氧气含量的测定，要注意测定原理、实验关键、现象和结论等内容的考查．