Question

20．下面是测定空气中氧气体积含量的两个实验：
实验1：在集气瓶内预先装少量水，余下的容积5等分，做好标记．在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装足量的红磷，用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞（如下图1所示）．待红磷熄灭并冷却到室温后，打开弹簧夹．
实验2：将试管的容积5等分，做好标记．在试管中加入一小块（足量）白磷，用橡皮塞塞紧试管口，将试管放入热水中，使白磷燃烧．待白磷熄灭并冷却到室温后，将试管倒立于盛有室温下水的水槽中（如图2所示），并在水中将橡皮塞取下．

（1）实验1中红磷取样需稍过量，目的是．打开止水夹后观察到的现象是烧杯中的水进入集气瓶，水位接近刻度1处，由此可得出空气中氧气的体积分数约为$\frac{1}{5}$．若红磷燃烧结束后，发现集气瓶内的水上升到其水面以上容积不足$\frac{1}{5}$，请推测造成误差的可能原因装置漏气、装置未完全冷却就打开止水夹．（答出两条即可）
（2）实验2中，在水中而不在空气中取下橡皮塞的原因是防止空气进入试管，使测定结果偏低．
（3）从测定结果分析，上述实验中效果较好的是哪一个？实验2写出另一个实验的一点不足，实验1中，装置的气密性不易控制或误差比较大
（4）请大胆猜想，当该同学在实验1时用镁条代替红磷完成该实验时，集气瓶中进入的水的体积明显大于集气瓶容积$\frac{1}{5}$的原因是镁条既能与氧气反应又能与氮气反应，因此消耗的气体体积应大于五分之一．

Answer 1

分析 （1）根据测定空气中氧气含量的方法、原理以及实验的注意事项来分析；
（2）白磷熄灭并冷却到室温后，将试管倒立于盛有室温下水的水槽中，并在水中将橡皮塞取下，使得气密性更良好；
（3）对比两个实验，实验1中，装置的气密性不易控制，且在空气中点燃红磷会造成大气污染等；
（4）根据镁条即能与氧气反应又能与氮气反应，因此消耗的气体体积应大于五分之一分析．

解答 解：（1）实验1中红磷取样需稍过量，目的是耗尽集气瓶内的氧气．打开止水夹后观察到的现象是烧杯中的水进入集气瓶，水位接近刻度1处；由此可得出空气中氧气的体积分数约为五分之一；若上升的水位不足五分之一，则装置漏气或装置未完全冷却就打开止水夹；故填：耗尽集气瓶内的氧气；烧杯中的水进入集气瓶，水位接近刻度1处；$\frac{1}{5}$；装置漏气、装置未完全冷却就打开止水夹；
（2）实验2中，在水中而不在空气中取下橡皮塞的原因是防止空气进入试管，使测定结果偏低；故填：防止空气进入试管，使测定结果偏低；
（3）实验1中，装置的气密性不易控制，且误差比较大，对比两个实验，实验二的效果较好；故填：实验2；实验1中，装置的气密性不易控制或误差比较大；
（4）由于镁条既能与氧气反应又能与氮气反应，因此消耗的气体体积应大于五分之一，故答案为：镁条既能与氧气反应又能与氮气反应，因此消耗的气体体积应大于五分之一．

点评 此题主要探究用两个不同的实验测空气中氧气体积含量，并分析实验存在的优缺点及实验成败的因素，题型设计新颖，提高学生探究兴趣．