Question

4．实验测定某品牌的潜水气瓶中氧气的体积分数．由于红磷燃烧生成的五氧化二磷对人体有一定危害，故改用氢气燃烧来测定，设计的实验装置如图所示．实验过程：先用500mL的集气瓶收集一瓶该气体，实验前用弹簧夹B夹住橡胶管，打开弹簧夹A，持续通入纯净的氢气．点燃氢气后迅速插入集气瓶中，塞紧瓶塞，使氢气在集气瓶中燃烧，产生少量的水，其体积忽略不计．（假定燃烧过程中，通入的氢气全部反应完．）
（1）写出氢气燃烧的化学反应式：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O； 
（2）当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，应该立即进行的操作是用夹子A夹住橡胶管，待集气瓶冷却至室温后打开B；
（3）氢气熄灭后，甲同学立刻打开B，观察到量筒中的水由200mL减少到80mL，于是他认为该品牌潜水气瓶中氧气的体积分数为24%；
（4）一段时间后，乙同学观察到量筒中的水又减少了30mL，且此后水面不再发生变化，他分析思考后，认为出现此情况的原因是集气瓶中气体没有冷却至室温；
（5）已知氧气的密度为1.43g/L，且每1g氢气燃烧就消耗8g氧气，为了完成此实验，至少需要氢气质量为多少克？（写出计算过程，结果保留两位小数）

Answer 1

分析 （1）首先根据反应原理找出反应物、生成物、反应条件，根据化学方程式的书写方法、步骤进行书写；
（2）结合用红磷燃烧测定空气中氧气含量原理，用氢气燃烧测定氧气的含量时，当氢气火焰熄灭时，不能再向集气瓶中通氢气，可以据此解答该题；
（3）根据体积分数的求解方法分析；
（4）测定氧气的含量，等冷却后才能打开B，否则温度过高使测定结果偏小；
（5）先根据消耗氧气的体积×密度，得到氧气的质量，在求解需要氢气质量．

解答 解：（1）氢气在空气中燃烧生成水，反应的化学方程式为：2H₂+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O；
（2）根据实验原理可知，当氢气燃烧的火焰刚好熄灭时，说明氧气完全被消耗，此时不能再通入氢气，否则会影响实验结果，此时应用夹子A夹住橡胶管，待集气瓶冷却至室温后打开B观察现象；
（3）经测定，集气瓶的容积为500mL，在此实验中，观察到量筒中水由200mL减少到80mL，则该品牌潜水气瓶中氧气的体积分数为：$\frac{200mL-80mL}{500mL}$×100%=24%．
（4）一段时间后，乙同学观察到量筒中的水又减少了30mL，可能是因为最初集气瓶中气体没有冷却至室温．
（5）消耗氧气的质量为$\frac{200-50}{1000}$L×1.43g/L=0.2145g，所以至少需要氢气质量为0.2145g×$\frac{1}{8}$=0.03g
故答案为：（1）2H₂+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2H₂O；
（2）用夹子A夹住橡胶管，待集气瓶冷却至室温后打开B；
（3）24%．
（4）集气瓶中气体没有冷却至室温．
（5）0.03g．

点评 此题在用红磷燃烧测定空气中氧气的体积分数的基础上进行迁移，题目新颖，同学们要结合氢气和红磷的不同进行分析解答．