Question

3．某同学发现：收集的氧气占集气瓶容积的60%（空气占40%）就能使带火星的木条复燃，那么能使带火星的木条复燃的氧气含量的最低值是多少呢？小亮同学设计了如下实验进行探究：
第一组实验：取5只集气瓶，编号为①、②、③、④、⑤，分别装入其总容积10%、20%、30%、40%、50%的水．用排水法收集氧气，恰好把5只集气瓶中的水排去．将带火星的木条依次插入①～⑤号瓶中，记录实验现象．小亮在前一组实验的基础上又做了第二组和第三组实验，并进行了记录．

	第一组					第二组					第三组
集气瓶编号	①	②	③	④	⑤	①	②	③	④	⑤	①
收集的O2占容积的体积分数（%）	10	20	30	40	50	31	33	35	37	39	34
带火星木条的状况	微亮	亮	很亮	复燃	复燃	很亮	很亮	复燃	复燃	复燃	很亮

请回答下列问题：
（1）用带火星的木条验满氧气的方法是否可靠：否．（填“是”或“否”）．
（2）集气瓶中氧气分数约为49%（计算结果保留整数）．可使带火星的木条复燃．
（3）用带火星的木条直接检验双氧水受热分解产生的氧气时，往往难以复燃，这是因为在加热生成氧气的同时产生大量水蒸汽所致，此时混合气体中氧气的体积分数随温度变化的曲线如图1所示．若只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响，欲使带火星的木条复燃，应将加热双氧水的最高温度控制在大约87℃．

某同学改用如图2装置后能使带火星的木条复燃其原因是U型管冷凝了水蒸气，提高了氧气的纯度．此反应的化学方程式为2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑．
（4）采取“半值法”探究能减少实验次数．
例如：第一组实验若按③、④的编号顺序进行实验，即可确定下一组实验收集的氧气占容积的体积分数应在30%～40%之间，从而省去编号①、②、⑤的实验．同理，第二组实验可以省去的实验编号为①④⑤．

Answer 1

分析 本题通过实验探究了能使带火星的木条复燃的氧气含量的最低值问题，针对此问题，设计了几组氧气含量不同的对照实验．
（1）通过实验可以看出，不是纯净的氧气，带火星的木条也可以复燃；
（2）分析表格可发现收集的氧气占容积的体积分数最低为35%时木条就可复燃，根据空气中原有的氧气和收集到的氧气，就可算出氧气的分数；
（3）根据上题数据，结合坐标图，就可以查知温度的大约值，U形管中的冰水混合物具有冷凝作用；
（4）“半值法”的应用可以减少实验的次数，节约时间，确定时采用的一般是中间值．

解答 解：（1）通过实验可以看出，氧气含量达到35%带火星的木条就可以复燃，所以用带火星的木条验满氧气的方法不可靠，所以本题答案为：否，
（2）观察实验记录，收集的氧气占容积的体积分数最低为35%，带火星的木条复燃，此时空气还占65%，所以空气中有氧气的量为：65%×21%≈14%，所以此时瓶内共有氧气的分数为：14%+35%=49%，所以本题答案为：49；
（3）只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响，欲使带火星的木条复燃，则氧气的含量需要在48%～49%，分析坐标，可知道温度大约在87°左右；水蒸气含量多，则氧气的含量就少，U形管内放入冰水混合物，起到使水蒸气冷凝的作用，所以本题答案为：87，U型管冷凝了水蒸气，提高了氧气的纯度，2H₂O₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑；
（4）采取“半值法”探究能减少实验次数，实际上就是通过实验数据的分析，减少不必要的实验，第二组实验若按②、③的编号顺序进行实验，即可确定下一组实验收集的氧气占容积的体积分数应在33%～35%之间，从而省去编号①、④、⑤的实验，所以本题答案为：①④⑤．

点评 设计实验时，要明确实验的目的，要注意控制一些变量，本题还采用了“半值法”，从而可减少实验的次数，减少实验的过程．