Question

9．某化学兴趣小组同学设计了多组实验装置测定空气中氧气的含量．
（1）甲同学设计图1装置进行实验．待瓶内反应完冷却后，打开弹簧夹，观察到烧杯中的水被倒吸入集气瓶中，水能从烧杯进入集气瓶的原因是红磷燃烧消耗了集气瓶中的氧气，瓶内压强减小，小于外界大气压，大气压将水沿着导管压入集气瓶中． 实验过程中经常会出现进入到集气瓶中的水水小于集气瓶容积的$\frac{1}{5}$，请你分析造成这种误差的可能原因装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数．
（2）乙同学设计计出了如图2所示的实验装置．
实验过程：
②查装置的气密性，气密性良好；
②在装空气的集气瓶里装进适量a 体积的水，燃烧匙里放一块白磷（40℃即可燃烧），按图示装置连接仪器，然后在酒精灯上把玻璃棒下端加热，玻璃棒的作用为引燃白磷；（注：集气瓶内的长导管已接近瓶底）
③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，现象为发黄光、放出热量、冒出大量的白烟，该反应的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；（注：白磷与红磷燃烧的反应原理、现象均相同）
④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．
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；
⑤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=60mL  a=10mL，则b=20mL，得出结论，氧气在空气中的体积分数约为20mL．
实验反思：
①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④步骤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．
②2在上述实验中，会导致进入集气瓶中水小于正常结果的原因是白磷的量不足或装置漏气（填一点原因即可）．

Answer 1

分析 （1）只有熟悉用红磷测定空气里氧气含量的实验原理、操作步骤、实验现象、实验结论和注意事项，然后对比白磷代替红磷时的异同点，对比用不同装置实验时的优缺点，就可以得到本题的正确答案．根据白磷燃烧消耗氧气解答；进入集气瓶中水的体积小于五分之一，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；
（2）实验过程：②实验中玻璃棒的作用是引燃白磷；
③白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白磷剧烈燃烧，产生浓厚的白烟，反应的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；
④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；
⑤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=60ml，a=10ml，a上面的空气五等分，则b=20mL解答；
实验反思：①围绕“白磷燃烧时集气瓶内压力增大过度，会使集气瓶中气体受热膨胀而逸出”这一因素进行分析；
②白磷的量不足不能消耗完瓶内氧气，装置漏气等都会造成测定结果偏小据此进行分析判断

解答 解：（1）用图1装置进行实验时，由于红磷燃烧消耗了集气瓶中的氧气，瓶内压强减小，小于外界大气压，大气压将水沿着导管压入集气瓶中；白磷燃烧消耗氧气，产生压强差，烧杯中的水被倒吸入集气瓶中；进入集气瓶中水的体积小于五分之一，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；
故答案：红磷燃烧消耗了集气瓶中的氧气，瓶内压强减小，小于外界大气压，大气压将水沿着导管压入集气瓶中；装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；
（2）实验过程：②实验中玻璃棒的作用是引燃白磷；
③白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．
④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；
⑤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=60ml，a=10ml，a上面的空气五等分，则b=20mL；因此氧气的体积分数=$\frac{10mL}{50mL}$×100%=20%；
答案：②引燃白磷；③发黄光、放出热量、冒出大量的白烟；磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；④先下降，后上升；⑤20．
实验反思：集气瓶内预先装入适量的水，使白磷燃烧时集气瓶内气压不会过度增大，不至于使集气瓶中气体受热膨胀而逸出；
②白磷的量不足不能消耗完瓶内氧气，装置漏气等都会造成测定结果偏小；
故答案：①防止白磷燃烧时集气瓶中气体受热膨胀逸出；②白磷的量不足或装置漏气．

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．