Question

10．在“空气中氧气含量的测定”实验探究中，甲生设计了如下实验方案：在燃烧匙内盛过量红磷，点燃后立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞，待红磷火焰熄灭，集气瓶冷却至室温，打开弹簧夹，水注入集气瓶．（实验装置如图1所示）回答下列问题：
（1）实验过程中，观察到红磷燃烧，产生大量的白烟．该实验得到的结论是氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$，反应的化学符号表达式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）甲生实验结束后，发现测出的氧气的体积分数明显小于$\frac{1}{5}$．
请你参与探究：【提出问题】造成误差的原因是什么？如何改进课本上的实验装置？
【查阅资料】红磷、白磷的一些性质如下表：

	颜色、状态	熔点/℃	着火点/℃	密度/（g/cm3）
红磷	暗红色固体	590	240	2.34
白磷	白色或黄色固体	44.1	40	1.82

【猜想与假设】
甲同学：可能是导管内原含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性．
乙同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气．
你还能作出的猜想是①装置的气密性好；②集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹．
【交流与讨论】
（1）木炭也可以在空气中燃烧，其符号表达式为C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，丙同学认为用木炭代替红磷，就可以消除误差，大家认为他的猜想不合理，理由是木炭燃烧生成二氧化碳气体．
（2）他们对课本上的实验装置进行了如图2所示的改进（其他仪器忽略）．
①甲同学提出应把红磷换为白磷，理由是白磷的着火点低，比红磷更容易被引燃．
②通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，这利用了金属铜的导热性．
③与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差．

Answer 1

分析 （1）红磷在空气中能够剧烈地燃烧，放出大量的热，产生大量的白烟；燃烧后，集气瓶中气体减少，冷却后打开弹簧夹后，在外压作用下，会使烧杯中的水沿导管上升进入集气瓶；
（2）猜想与假设：从测定空气中氧气含量的实验原理去分析解答；
交流与讨论：（1）从实验所燃烧的物质必须具备的条件去分析解答；
（2）从资料中提供的与题目有关的信息，对比两种物质的特点去分析解答；通过对比实验装置找出各自的优点和缺点去分析解答；

解答 解：（1）实验过程中，观察到的主要现象是：红磷剧烈地燃烧，产生大量的白烟；打开弹簧夹时，烧杯中的水进入集气瓶，并且约占集气瓶容积的五分之一．说明氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$；红磷燃烧是红磷与空气中的氧气反应，生成五氧化二磷，故反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
解：
（2）【猜想与假设】：要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②白磷足量；③必须冷却到室温再读数等；故答案为：集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】
（1）木炭燃烧生成二氧化碳气体，其符号表达式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；生成物的状态一般要求是固态，木炭燃烧生成二氧化碳气体，因此猜想不合理；（2）①应把红磷换为白磷，理由是白磷的着火点低，比红磷更容易被引燃；故填：白磷的着火点低，比红磷更容易被引燃；
②铜具有良好的导热性，所以可通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷；故填：导热；
③在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差；故填：在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差；
答案：
（1）白烟；氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）【猜想与假设】装置的气密性不好；集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】
（1）C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；木炭燃烧生成二氧化碳气体
（2）①白磷的着火点低，比红磷更容易被引燃；②导热；③在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差

点评 本考点考查的是空气中氧气含量的探究实验，属于实验探究题，回忆实验中现象，得出正确的结论．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．