Question

13．按照体积计算空气中氧气约占21%，某化学兴趣小组的同学按照课本的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（图1），但测出的氧气体积分数明显偏小．请你参与探究：
【提出问题】
造成误差的原因是什么？如何改进课本实验装置？
【查阅资料】
①

	颜色、状态	熔点/℃	燃烧所需最低温度/℃	密度/g•cm-3
红磷	暗红色固体	590	240	2.34
白磷	白色固体	44.1	40	1.82

②二氧化碳气体能被氢氧化钠溶液吸收
③在加热的条件下铜粉能与氧气反应生成黑色的氧化铜固体
【猜想】
甲同学：可能是导管内原存有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性；
乙同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气的缘故；
你还能做的猜想是集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹（写一点即可）．
【交流与讨论】
（1）写出图1中集气瓶中发生反应的文字或符号表达式4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）丙同学认为，用木炭代替红磷也能完成图1的实验，但事先要在集气瓶中放入一定量的氢氧化钠溶液；

（3）他们对图1实验装置进行了如图2的改进．
①甲同学提出应把红磷更换为白磷，理由是白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；
②通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，利用了金属铜的导热性；
③与图1实验装置相比，图2装置的一个优点是在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差；
【探究与反思】
（1）为验证乙同学的猜想，将铜粉在残余气体中加热，观察到铜粉变黑，所以乙同学的猜想合理（选填“合理”或“不合理”）；
（2）大家采用改进的实验装置（图2）进行实验（左边玻璃管上面的空气平均分成了5等份，并标刻度线），待玻璃管冷却、管内白色的烟幕消失，同时能观察到左边玻璃管中水上升到1刻度线，得到了较准确的数据，但又意外发现左玻璃管内壁上端附着白色固体．左玻璃管上端的白色固体主要成分可能是白磷．

Answer 1

分析 【猜想与假设】装置漏气；集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；红磷不足等都会导致测量结果偏小，可以据此提出猜想；
【交流与讨论】
（1）根据红磷燃烧生成五氧化二磷解答；
（2）木炭可以和氧气反应生成二氧化碳气体，二氧化碳可以和氢氧化钠溶液反应，据此解答；
（3）①白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧，可以据此解答；
②铜具有较好的导热性，可以据此解答；
③在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差，可以据此解答；
【探究与反思】
（1）铜粉可以和氧气反应生成黑色的氧化铜固体，可以据此解答该题；
（2）①根据【查阅资料】可以知道，白磷为白色或黄色固体，可以据此解答该题；
②五氧化二磷可以溶于水后生成磷酸，所以其pH小于7，可以据此解答．

解答 解：按照体积计算空气中氧气约占21%；
【猜想与假设】集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹也会导致测量结果偏小，所以我们可以提出的猜想为：装置漏气；集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；红磷不足等；
【交流与讨论】
（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）木炭可以和氧气反应生成二氧化碳气体，不能产生压强差，所以水不能进入广口瓶中而不能测定出空气中氧气的含量；二氧化碳可以和氢氧化钠溶液反应，故事先要在集气瓶中放入一定量的氢氧化钠溶液；
（3）①白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；
②铜具有较好的导热性，所以本实验中是利用了铜的导热性；
③分析图2中的装置环保，生成的五氧化二磷有毒，不污染空气；测量所得数据比较准确；所用试剂量少，节约药品等；
【探究与反思】
（1）铜粉可以和氧气反应生成黑色的氧化铜固体，所以若观察到铜粉变黑则说明装置残留有氧气，即乙同学的猜想合理；
（2）左边玻璃管中水上升到1刻度线，根据【查阅资料】可以知道，白磷为白色或黄色固体，所以左玻璃管上端的黄色固体主要成分可能是白磷固体受热蒸发后的附着在玻璃管上的；
故答案为：21%；
【猜想与假设】集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】
（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）氢氧化钠溶液；
（3）①白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；
②导热；
③在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差；
【探究与反思】
（1）合理；
（2）左边玻璃管中水上升到1刻度线；白磷．

点评 空气是人类宝贵的自然资源，在中考中占有重要的地位，特别是空气中氧气含量的测定，要注意测定原理、实验关键、现象和结论、装置的评价和改进等内容的考查．