Question

18．空气是一种宝贵的自然资源．某兴趣小组的同学在实验室欲用图1所示装置粗略测定空气中氧气的含量．
【实验回顾】
（1）写出红磷燃烧的文字表达式：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（2）实验原理：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．若装置的气密性良好，操作规范，用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量．
【提出问题】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．那么，能否设计一套实验装置使测定结果更为准确呢？
【查阅资料】
1．铁生锈的原理是：铁与空气中的氧气和水蒸气等发生化学反应．
2．饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈．
【实验改进】
方案一：Ⅰ．同学们根据铁在空气中生锈的原理设计如图2的实验装置，再次测定空气中氧气含量．
Ⅱ．测得实验数据如下表：

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	集气瓶（扣除内容物）和导管的体积
体积/ml	80.0	54.5	126.0

【交流表达】
（1）根据上表数据计算，改进实验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高的原因是：①能够把氧气完全消耗；②避免了燃烧匙伸入集气瓶时导致的气体外逸．
方案二：同学们又设计了如图3所示的实验装置，实验步骤如下（装置气密性良好，部分操作已略去）：
I．打开止水夹a和b，向集气瓶中缓慢鼓入一定量空气，至白磷与空气接触，测得进入量筒中水的体积为V₁；
II．强光照射引燃白磷；
III．白磷熄灭并冷却至室温，测得量筒中水的体积变为V₂；
IV．计算空气中氧气的体积分数．
下列有关这个实验的说法中，正确的是CD（填字母）．
A．步骤I中，俯视量筒读数会使测得的V₁数值偏低
B．步骤II中，白磷燃烧时可以不关闭止水夹a和b
C．步骤III中，未冷却至室温会使测得的V₂数值偏高
D．步骤IV中，求得氧气的体积分数等于$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%

Answer 1

分析 红磷在空气中能够剧烈燃烧，产生大量白烟，放出热量，生成白色固体五氧化二磷；
根据提供的数据可以计算空气中氧气的体积分数；
不同的实验装置，优缺点不同．
方案二：根据红磷燃烧生成五氧化二磷，通过排入量筒中水的体积可以判断空气中氧气的含量进行分析．

解答 解：【实验回顾】如图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．
（1）红磷燃烧的现象是：剧烈燃烧，产生大量白烟，放出热量；红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
故填：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（2）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．故填：压强．
【交流表达】
（1）改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是：$\frac{80.0mL-54.5mL}{126.0mL}$×100%=20.2%．
故填：20.2%．
（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：能够把氧气完全消耗；避免了燃烧匙伸入集气瓶时导致的气体外逸．
故填：能够把氧气完全消耗；避免了燃烧匙伸入集气瓶时导致的气体外逸．
方案二：A、步骤Ⅰ中，鼓入空气的体积至少应该使红磷露出水面，该选项说法不正确；
B、步骤Ⅱ中，红磷燃烧时应该关闭止水夹a和b，该选项说法不正确；
C、步骤Ⅲ中，若未冷却至室温就打开止水夹b，会使进入集气瓶中的水偏少，从而导致测得的V₂数值偏高，该选项说法正确；
D、步骤Ⅳ中，氧气的体积分数为：$\frac{{V}_{1}-{V}_{2}}{{V}_{1}}$×100%，该选项计算正确．
故选：CD．

点评 实验现象是物质之间相互作用的外在表现，因此要学会设计实验、观察实验、分析实验，为揭示物质之间相互作用的实质奠定基础．