Question

3．二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成
分．仿照这个历史上著名实验的原理，我们可以用图1所示装置来测定空气中氧气的含量，请写出红磷燃烧的符号表达式4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，该反应属于化合反应（填一种基本反应类型）．
【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么测出的氧气含量远低于21%？
【分析讨论】（1）实验装置漏气；（2）红磷的量不足，导致装置内氧气有剩余；（3）…
【实验与交流】在老师的指导下，同学们查阅了白磷、红磷等物质燃烧需要的最低含氧量如下：
资料1：

可燃物名称	红磷	白磷	蜡烛
最低含氧量/%	8.0	4.0	16.0

甲、乙、丙三个小组分别用上述过量红磷、白磷、蜡烛三种物质进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后的氧气浓度分别为8.85%、3.21%、16.7%，数据与表中的理论值基本一致．其中蜡烛燃烧后用测一氧化碳浓度传感器测算一氧化碳浓度约为2%．
资料2：蜡烛或者木炭在密闭的集气瓶中燃烧，氧气浓度会不断变小，会有一氧化碳气体生成．常温下一氧化碳难溶于水，且不与澄清石灰水反应．根据以上信息回答下列问题：
（1）白磷和红磷相比，使用白磷能使结果更准确，其原因是白磷消耗氧气更彻底．
（2）请写出木炭燃烧的符号表达式C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；有同学提议选用木炭替代红磷做实验，在集气瓶底部预先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳气体，小华觉得不可行，其主要原因是木炭在氧气浓度较低时，会生成CO气体，且CO气体难溶于水，不与澄清石灰水反应．
【实验改进】小邹同学改进了教材中的实验，设计出了如图2所示的实验装置．实验步骤如下：
①如图2所示，连接仪器，检查装置的气密性，发现装置的气密性良好．

②在集气瓶里装进适量a体积的水，燃烧匙里放一块白磷（白磷燃烧所需要的最低温度是40℃），并在酒精灯上把玻璃棒下端加热，按图示装置把集气瓶中的空气密封起来，把长导管的另一端放入盛有足量水的烧杯中．（注：集气瓶内的长导管已伸到了瓶底）．
③用力把预先加热过的玻璃棒按下与白磷接触，观察到白磷立即着火燃烧，产生大量白烟，同时放出大量的热．
④待白磷燃烧熄灭后，稍加振荡，白烟消失．
⑤待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是b，整个集气瓶的体积是c．
⑥根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数．根据以上信息，回答下列问题；
（1）在白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降后上升．
（2）若实验非常成功，当c为500mL，a=100mL，则b=180mL．
（3）组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进适量a体积的水”非常不理解．咨询了组长小明之后，他终于明白“a体积的水”的作用，其一是为了加快步骤⑤中集气瓶的冷却速度；其二则主要是防止白磷燃烧时集气瓶中气体受热膨胀逸出，影响实验结果．
（4）在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验最后产生的实际值大于理论值的是D（填字母）．
A．用蜡烛代替白磷
B．用红磷代替白磷（红磷燃烧所需要的最低温度在240℃左右）
C．集气瓶没有冷却到室温
D．实验前集气瓶里没有装a体积的水
（5）已知化学反应前后元素种类和质量都不发生改变，若该实验中消耗的氧气质量为0.12克，则理论上生成的五氧化二磷的质量为0.21g（计算结果保留两位小数）．

Answer 1

分析 根据磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷解答；
【分析讨论】根据本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品红磷的量，必须是足量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等．
【实验与交流】
（1）根据物质的不同特性解答；
（2）根据木炭燃烧生成二氧化碳，根据实验主要事项进行分析解答；
【实验改进】根据实验前集气瓶里要装进适量a体积的水的作用是：形成液封，防止实验过程中集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果；从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降，后上升，因为开始时，燃烧放热使气体体积膨胀，冷却后收缩，因此先下降，后上升；根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数，已知C=500ml，a=100ml，a上面的空气五等分，则b=180mL解答；根据红磷燃烧生成五氧化二磷反应的化学方程式，由参加反应氧气质量可计算反应生成五氧化二磷的质量．

解答 解：磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；该反应属于化合反应；
【分析讨论】实验中所取的红磷不足（或实验前没有夹弹簧夹、实验装置可能未冷却就打开弹簧夹等）；
【实验与交流】
（1）白磷和红磷相比，使用白磷能使结果更准确，其原因是白磷消耗氧气更彻底；
（2）木炭燃烧生成二氧化碳，反应的化学方程式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；有同学提议选用木炭替代红磷做实验，在集气瓶底部预先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳气体，小华觉得不可行，其主要原因是木炭在氧气浓度较低时，会生成CO气体，且CO气体难溶于水，不与澄清石灰水反应；
【实验改进】
（1）磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷．从白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降，后上升，因为开始时，燃烧放热使气体体积膨胀，冷却后收缩，因此先下降，后上升；
（2）根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数，已知C=500ml，a=100ml，a上面的空气五等分，则b=180mL；
（3）实验前集气瓶里要装进适量a体积的水的作用是：形成液封，防止实验过程中集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果；
（4）在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验最后产生的实际值大于理论值的是：实验前集气瓶里没有装a体积的水，使一部分气体在导管逸出；
（5）设生成五氧化二磷的质量为x
4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
      160           284
     0.12g           x
$\frac{160}{0.12g}=\frac{284}{x}$
x=0.21g
答案：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，化合，
【分析讨论】（2）红磷的量不足；
【实验与交流】（1）白磷消耗氧气更彻底；
（2）C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；    木炭在氧气浓度较低时，会生成CO气体，且CO气体难溶于水，不与澄清石灰水反应
【实验改进】（1）先下降后上升；
（2）180mL；
（3）防止白磷燃烧时集气瓶中气体受热膨胀逸出，影响实验结果
（4）D；
  （5）0.21 g

点评 本考点是用白磷测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．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．