Question

3．某化学兴趣小组对“暖宝宝”的成分进行探究，并利用其发热原理测定空气中氧气的体积分数．
【查阅资料】
“暖宝宝”中含有铁粉、活性炭、水、氯化钠等物质．遇空气发生反应的表达式是：铁+氧气+水→氢氧化亚铁，该过程放热．
【进行实验】
验证“暖宝宝”中含有铁粉．甲同学打开一袋“暖宝宝”，将其中粉末倒入烧杯中，用磁铁与之充分接触，发现有黑色粉末被吸引，证明“暖宝宝”中确实含有铁粉．
【现象与讨论】
乙同学无意中将吸出的铁粉撒在了酒精灯火焰上，意外地发现铁粉燃烧，火星四射．该小组同学对此现象展开讨论：
①铁丝在空气中不能燃烧，铁粉在空气中能燃烧，这是因为铁粉与氧气的接触面积增大．
②假设铁粉在空气中燃烧和铁丝在氧气中的燃烧产物相同，该反应的文字表达式为3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄．

【实验回顾】
图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置．
实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内气压减小，量筒中水倒吸到集气瓶．若装置的气密性良好，操作规范，可以根据量筒中水的变化，粗略测得空气中氧气的含量．
【问题提出】
有实验资料表明：燃烧过程中当氧气体积分数低于7% 时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测定结果与理论值误差较大．
【实验改进1】
图2是铁在空气中反应的实验装置（该装置中饱和食盐水、活性炭（主要成分为碳）会加速铁在氧气中反应的速度）．兴趣小组的同学利用该装置，再次测定空气中氧气含量．

实验装置	实验步骤	实验现象	实验结论
	①如图所示连接好装置，然后 把导管放入水中，再用手紧握广口瓶	导管口有气泡冒出	装置的气密性良好
	②在集气瓶内加入足量“暖宝宝”中的物质，迅速把塞子塞紧，并充分震荡	量筒中的水倒流入集气瓶	进入集气瓶内水的体积即为瓶中氧气的体积

【实验过程】
测得实验数据见下表：

测量项目	实验前	实验后
	烧杯中水的体积	烧杯中剩余水的体积	氧气瓶（扣除内容物）和导管的容积
体积/mL	80.0	54.5	126.0

【表达与交流】
（1）根据表内数据计算，实验改进后测得的空气中氧气的体积分数是20.2%（计算结果精确到0.1%）．
（2）从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更髙的原因是①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确．②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确；
【实验改进2】
丁同学设想用图1装置，换用“暖宝宝”中的物质代替红磷将其燃烧，进行氧气含量的测定，你认为是否可行，并说明理由不可行，“暖宝宝”中的活性炭燃烧消耗氧气的同时，生成了二氧化碳气体，从而影响了实验结果．

Answer 1

分析 【现象与讨论】
铁丝在空气中不能燃烧，铁粉在空气中能燃烧，这是因为铁粉与氧气的接触面积增大；铁与氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁，配平即可．
【实验回顾】
由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内压强减小，烧杯中水倒吸到集气瓶解答；
【交流与表达】根据铁生锈的知识进行分析解答即可；
【反思评价】测定空气中氧气含量的装置要密封；
【实验改进2】碳燃烧消耗氧气的同时，生成了二氧化碳气体．

解答 解：【现象与讨论】
铁丝在空气中不能燃烧，铁粉在空气中能燃烧，这是因为铁粉与氧气的接触面积增大；铁与氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁，配平即可，故答案为：铁粉与氧气的接触面积增大；
 3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄
【实验回顾】
红磷燃烧消耗氧气，使瓶内的气压变小，水倒吸，故填：气压；
【实验改进1】
检查装置气密性的方法，连接好装置，然后把导管放入水中，再用手紧握广口瓶；导管口有气泡冒出，则装置的气密性良好；
【表达与交流】
（1）根据反应前后烧杯内水的体积变化可以看出，消耗的氧气的体积是：80-54.5=25.5mL，故氧气的体积分数为：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%=20.2%，故填：20.2%；
（2）使用铁的缓慢氧化消耗氧气，使氧气消耗的更为彻底，实验结果更准确，测量时考虑导管容积和扣除内容物后的集气瓶的体积，使实验结果更为准确，
【实验改进2】“暖宝宝”中的活性炭燃烧消耗氧气的同时，生成了二氧化碳气体，从而影响了实验结果．
故答案为：【现象与讨论】①铁粉与空气接触面积很大；②3Fe+2O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe₃O₄；
【实验改进1】
把导管放入水中，再用手紧握广口瓶；导管口有气泡冒出；
【实验回顾】气压；
【表达与交流】
（1）20.2%；
（2）①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确．②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确；
【实验改进2】不可行，“暖宝宝”中的活性炭燃烧消耗氧气的同时，生成了二氧化碳气体，从而影响了实验结果．

点评 本题考查了实验步骤的设计，还对实验进行了评价，综合性比较强．实验设计题是近几年中考的重要考点之一，希望同学们前后联系，认真掌握．