Question

15．某化学兴趣小组进行空气中氧气含量测定，请你参与实验，并回答下列有关问题：

（1）实验过程中，观察到红磷燃烧的现象是放出热量、冒出大量的白烟；该反应的符号表达式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；上述实验和拉瓦锡研究空气成分实验（将汞与空气封闭在一起加热，生成氧化汞）的化学反应都属于化合 反应（填基本反应类型）．
（2）图Ⅰ实验不仅可以说明氧气占空气的体积分数，还可以说明氮气具有的化学性质有不燃烧也不支持燃烧（或不与红磷反应）（只需写一点）．
（3）用图Ⅰ实验装置测定的结果是：集气瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因是在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来．（只需写一点）
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温．打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间，若仍用木炭代替红磷，你对该生的实验方案应作何改进，才能保证实验成功？在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液（只需答出实验方案中须改进的地方）．
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置（选用容积为45mL的18×180mm的试管作反应容器），其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，再将弹簧夹夹紧橡皮管；④读取注射器活塞的数据．你认为正确的实验操作顺序是③①②④（填序号）；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1 mL处才停止；对照图Ⅱ实验，你认为图Ⅰ实验有何不足之处图Ⅰ不如图Ⅱ严密，测量误差大（回答一点即可）．
（6）经过研究讨论后该兴趣小组又设计了如图Ⅲ的测定空气中氧气含量的改进装置．主要操作是：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，再按图连好仪器，打开止水夹，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．（已知白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷）
①白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是先下降后上升；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70 mL．
②集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到哪些作用？ab （填写序号）
a．加快集气瓶冷却
b．液封导气管末端以防气体逸出
c．缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

Answer 1

分析 本题是测定氧气在空气中的体积分数的实验探究，要把空气中的氧气消耗掉．
在本实验中用的是红磷，红磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟．
本实验还可以说明氮气具有的化学性质有：不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应；
如果装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一．
某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温，打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应做的改进是：在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤是：将少量红磷平装入试管中，将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，再将弹簧夹夹紧橡皮管；点燃酒精灯；撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；读取注射器活塞的数据．
图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL处才停止；对照图Ⅱ实验，图Ⅰ不如图Ⅱ严密；图Ⅲ的测定空气中氧气含量中，白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是：先下降后上升，先下降是因为开始时，气体受热膨胀，冷却后再上升；
若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70mL，集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却；液封导气管末端以防气体逸出；缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

解答 解：（1）在本实验中用的是红磷，红磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟；磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，属于化合反应；
故答案为：放出热量、冒出大量的白烟；4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；化合；
（2）本实验还可以说明氮气具有的化学性质有：不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应；
故答案为：不燃烧也不支持燃烧（或不与红磷反应）；
（3）如果进入集气瓶中水的体积大于五分之一，就说明操作太慢，致使装置内的部分空气逸散出来．故答案为：在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来；
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温，打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应做的改进是：在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
故答案为：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤是：将少量红磷平装入试管中，将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，再将弹簧夹夹紧橡皮管；点燃酒精灯；撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；读取注射器活塞的数据；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL处才停止；对照图Ⅱ实验，图Ⅰ不如图Ⅱ严密；
故答案为：③①②④；1；图Ⅰ不如图Ⅱ严密，测量误差大；
（6）图Ⅲ的测定空气中氧气含量中，白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是：先下降后上升，先下降是因为开始时，气体受热膨胀，冷却后再上升；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70mL，集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却；液封导气管末端以防气体逸出；液体较难被压缩，所以不能缓冲集气瓶内气压的骤然升高；
故答案为：①先下降后上升；70；②ab．

点评 本考点是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．这类探究实验中要注意以下几点：①装置的严密性②所用药品的量③生成物的状态④读数时要冷却到原温度等．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，从而得出正确的结论．本考点经常出现在选择题、填空题和实验题中．