Question

20． 某化学兴趣小组的同学按照教材的实验装置“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图甲所示），但测出的氧气体积分数明显小于$\frac{1}{5}$，请你参与探究：
【提出问题】
造成误差的原因是什么？如何改进课本实验装置？
【假设与猜想】
甲同学：可能是导管内原存有空气，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的缘故；你还能做的猜想红磷的量不足；没有冷却到室温就读数．
【交流与讨论】
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．他们对课本实验装置进行了如图乙的改进（其他仪器忽略）．甲同学提出把红磷更换为白磷，是因为白磷比红磷更容易被引燃；通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，利用了铜的导热性；白磷燃烧的符号表达式：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．与课本实验装置相比，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．
【探究与反思】
为验证乙同学的猜想，将铜粉在残余气体中加热，观察到铜粉变黑，证明乙同学的猜想合理（选填“合理”或“不合理”）．

Answer 1

分析 【猜想与假设】集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹也会导致测量结果偏小，可以据此提出猜想；
【交流与讨论】
木炭可以和氧气反应生成二氧化碳气体，不能产生压强差，可以据此解答；
白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧，可以据此解答；
铜具有较好的导热性，可以据此解答；在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差，可以据此解答；
【探究与反思】铜粉可以和氧气反应生成黑色的氧化铜固体，可以据此解答该题；

解答 解：【假设与猜想】
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：红磷的量不足；没有冷却到室温就读数；
【交流与讨论】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；白磷燃烧产生大量的白烟，生成五氧化二磷，化学方程式为4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
在本实验中用的是白磷，白磷的着火点比较低，装置设计的也比较好，在试管外部加热铜丝，操作简单，并且试管内的空气也不会逸散出来，故该装置的一个优点是在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差；
【探究与反思】铜粉可以和氧气反应生成黑色的氧化铜固体，所以若观察到铜粉变黑则说明装置残留有氧气，即乙同学的猜想合理；
答案：
【假设与猜想】红磷的量不足；没有冷却到室温就读数；
【交流与讨论】木炭燃烧生成二氧化碳气体；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
【探究与反思】合理．

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．本考点主要出现在填空题和实验题中．