Question

15．某化学兴趣小组对教材中“测定空气里氧气含量”的实验进行了大胆改进，分别设计了以下两种装置，如图I和图Ⅱ，图Ⅱ选用容积为30mL（规格为18mm×180mm）的试管作反应容器进行实验，均取得了良好的实验效果．请你对比分析下面图I、图Ⅱ的实验，回答下列有关问题：

（1）图Ⅰ实验中观察到的红磷燃烧的现象是红磷燃烧产生大量白烟，充分反应并冷却后水被倒吸入广口瓶中，约占原瓶内空气体积的$\frac{1}{5}$，该反应的文字表达式为磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；
（2）表是图I实验中记录的数据：

集气瓶的容积（mL）	实验开始时量筒内水体积（mL）	实验结束时量筒内水体积（mL）
150	60	37.5

根据实验数据计算空气中氧气的体积分数为15%；
（3）图Ⅰ实验中，下列操作过程对实验结果的影响分析正确的是CD（填序号）；
A．弹簧夹没夹紧会导致实验结果偏小
B．燃烧匙内盛放过量的红磷会导致实验结果偏大
C．没等装置冷却就打开弹簧夹会导致实验结果偏小
D．点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞会导致实验结果偏大
（4）图Ⅱ实验的操作步骤如下：①点燃酒精灯； ②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；③将少量红磷平装入试管中，将规格为20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管； ④读取注射器活塞的数据；⑤连接仪器并检查装置气密性；你认为正确的实验操作顺序是⑤③①②④（填序号）
（5）图Ⅱ实验中，若操作均正确，注射器活塞注最终停止在4mL刻度处．
（6）图Ⅱ实验中，若上述步骤③中，未用弹簧夹夹住橡皮管，其它步骤都不变，则实验过程中注射器的活塞将先向右（填左或右，下同）移动，后向左移动，最终活塞会停留在2mL刻度处．
（7）对比图Ⅰ和图Ⅱ，下列分析正确的是BC（填序号）．
A．图Ⅰ和图Ⅱ都能粗略的测出空气中氧气的质量分数；
B．图Ⅱ实验中，没有白烟逸出，更环保；
C．图Ⅱ实验中装置始终密闭，避免红磷放入瓶中时空气逸出，实验结果更准确；
D．实验中红磷的用量越多，实验测量结果越大．

Answer 1

分析 （1）根据红磷的燃烧及瓶内压强的变化分析回答现象．
（2）根据实验数据计算；
（3）用此装置测定氧气在空气中的含量，很多因素都对实验结果造成影响，如装置漏气，红磷量不足，反应后没有冷却到室温等；
（4）按仪器的组装→实验的进行→结论的形成分析排列；
（5）对于用注射器改进后的仪器其刻度更容易读取，计算部分要注意被反应消耗掉的是试管内的氧气，不包含注射器内的部分；
（6）由于燃烧放出大量热，使气体膨胀；此时消耗试管和注射器中的氧气；
（7）根据信息主要从环境的保护、实验的误差等方面分析解答．

解答 解：（1）图1实验中发生反应的现象是：红磷燃烧产生大量白烟，充分反应并冷却后水被倒吸入广口瓶中，约占原瓶内空气体积的$\frac{1}{5}$．
（2）空气中氧气的体积分数为$\frac{60mL-37.5mL}{150mL}$×100%=15%；
（3）A、弹簧夹没夹紧会使集气瓶中部分气体从烧杯中逸出，然后进入集气瓶中的水会大于$\frac{1}{5}$，导致实验结果偏大，故此项错误；
B、燃烧匙内盛放过量的红磷不会影响实验结果，不能导致实验结果偏大，故此说法错误．
C、没等装置冷却就打开弹簧夹会使进入集气瓶中的水少，导致实验结果偏小，故此项正确．
D、点燃红磷伸入瓶中时，没有立即塞紧瓶塞会使集气瓶内空气逸出，导致实验结果偏大，故此项正确．
故选CD．
（4）从仪器的组装实验的进行以及结论的形成等环节可知：图Ⅱ实验正确的实验操作顺序应是：⑤③①②④．
（5）因为氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$，而试管的容积是45mL，当其内氧气被耗尽时气体减少的体积为：30mL×$\frac{1}{5}$，所以活塞所处的刻度值为10mL-30mL×$\frac{1}{5}$=4mL
（6）由于燃烧放出大量热，使气体膨胀，注射器的活塞将先向右移动，而后随着反应进行气体不断减少，反应完毕，温度降低，注射器的活塞后左向移动，由于试管和注射器中的氧气都被消耗掉，所以减少的体积是（30mL+10mL）×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞所处的刻度值为10mL-8mL=2mL，
（7）对照图I实验，图Ⅱ实验具有以下优点：装置始终密闭，减少实验误差，节省燃料，不污染环境，便于读数等，因此图I的缺点是：易造成实验误差（或污染环境）；图Ⅰ和图Ⅱ都能粗略的测出空气中氧气的体积分数．装置中红磷必须过量．
故答案为：
（1）红磷燃烧产生大量白烟，充分反应并冷却后水被倒吸入广口瓶中，约占原瓶内空气体积的$\frac{1}{5}$；磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（2）15%；
（3）CD；
（4）⑤③①②④；
（5）4；
（6）右；左；2；
（7）BC．

点评 此题是关于对空气中氧气含量的实验考查，解题的关键是了解空气中氧气的含量以及相关的实验要求，属于开放型实验分析题．