Question

11．（1）已知空气中氧气的体积分数为21%，小兰同学用图1装置进行验证，实验后发现测得的氧气体积分数小于$\frac{1}{5}$，请你帮她分析造成这种结果的可能原因（至少答两点）：装置漏气，红磷的量不足．
（2）用如图1的装置来测定空气中氧气的含量，发生的实验现象是：剧烈地燃烧，放出大量的热；产生大量白烟．
（3）反应的文字表达式磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，反应类型是化合反应
（4）若将红磷换成铁丝行不行？为什么？不行；铁丝在空气中不燃烧做铁丝燃烧的实验时，为什么要事先在集气瓶底放少量水或细沙？防止高温熔融物溅落时炸裂集气瓶；铁丝燃烧的文字表达式是铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁，反应类型为化合反应，各物质的化学符号分别是Fe、O₂、Fe₃O₄
（5）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法  （如图2所示），你认为改进后的优点是装置始终密闭，空气没有逸出，实验结果准确．

Answer 1

分析 （1）由题意，已知空气中氧气的体积分数为21%，小兰同学用右图所示的装置进行验证，实验后发现测得的氧气体积分数小于$\frac{1}{5}$，造成这种结果的可能原因：（1）红磷的量不足；（2）瓶内氧气没有耗尽；（3）装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；（4）未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少；
（2）根据红磷燃烧的现象分析解答；
（3）根据红磷在点燃条件下能和空气中的氧气反应生成五氧化二磷；结合化学方程式的书写进行分析；
（4）根据铁能够在氧气中剧烈地燃烧，生成的高温熔融物是--四氧化三铁，容易溅落解答．
（5）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．

解答 解：
（1）由分析可知，造成测得的氧气体积分数小于$\frac{1}{5}$结果的可能原因：（1）红磷的量不足；（2）瓶内氧气没有耗尽；（3）装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；（4）未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少；
（2）红磷燃烧的现象是：剧烈地燃烧，放出大量的热，产生大量白烟；
（3）红磷燃烧的文字表达式是：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；符合多变一，属于化合反应；
（4）铁丝在空气中不燃烧，不能将红磷换成铁丝；铁丝在氧气中燃烧的现象是铁在氧气中能够剧烈地燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体．集气瓶里要预先装少量的水或在瓶底铺一层细沙，是为了防止高温熔融物溅落时炸裂集气瓶．铁燃烧生成四氧化三铁，文字表达式是：铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁；
化学方程式为：3Fe+2O₂  $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．符合“多变一”特点，属于化合反应；
（5）改进后的装置直接通过聚太阳光而引燃磷，避免了再次打开瓶塞而保持装置始终密封，减少了操作中人为因素所造成的偏差，可得到更准确的实验结果．
故答案为：
（1）①装置漏气；②红磷的量不足；
（2）剧烈地燃烧，放出大量的热，产生大量白烟；
（3）磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；化合反应；
（4）不行；铁丝在空气中不燃烧；防止高温熔融物溅落时炸裂集气瓶；铁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$四氧化三铁；化合反应；Fe、O₂、Fe₃O₄．
（5）装置始终密闭，空气没有逸出，实验结果准确．

点评 了解实验数据的处理或者误差分析的方法及技巧；了解用红磷测定氧气在空气中含量的实验的注意事项．实验是化学的重要组成部分，正确的实验操作是得出科学结论的前提条件之一，因此要学会设计实验、进行实验、分析实验，为得出正确的结论奠定基础．