Question

10．某化学兴趣小组的同学对空气中氧气含量的测定实验进行探究．
（1）如图1所示装置和药品进行实验，实验中可观察到的现象是红磷燃烧放出大量白烟，同时释放出大量的热，待装置冷却到室温后，打开止水夹看到当冷却到室温后打开止水夹，水倒流入容器约容器容积的$\frac{1}{5}$，该反应的化学式表达式为4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）甲同学认为可用木炭代替红磷测定空气中氧气的含量，乙同学 认为不可以，其原因是：木炭燃烧生成气体二氧化碳和一氧化碳，不引起装置内压强的改变，水不会倒流进入瓶内．（3）丙同学用镁条代替红磷来测定空气中氧气的含量．结果却发现倒吸的水量远远超过集气瓶的$\frac{1}{5}$．小组内同学帮她仔细检查，发现装置的气密性及操作步骤均无问题．你认为造成此现象的原因可能是镁条和空气中其他成分也发生了反应．
（4）小组内同学反思上述实验的探究过程后认为：用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在药品的选择或生成物的要求上应考虑的是：本身是固体，能够和空气中氧气或者氮气单一物质反应，且生成物不是气体．
（5）小组内同学还对该实验进行了如图2改进．（已知试管容积为45mL）

实验的主要操作步骤如下：①点燃酒精灯．②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹．③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图2中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管．④读取注射器活塞的数据．
你认为正确的实验操作顺序是③①②④（填序号）．注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为1mL刻度处才停止．
（6）由图1实验还可推知反应后剩余气体的两点性质是①物理性质不易溶于水 ②化学性质不能燃烧，也不能支持燃烧．

Answer 1

分析 本题考查的内容有常规性的实验现象的描述和文字表达式的书写，实验误差分析，在此基础上加大了深度，分析木炭能否代替红磷以及镁带代替红磷燃烧产生的截然相反地误差的原因，这要求学生要从瓶内压强的变化去分析．对于用注射器改进后的仪器其刻度更容易读取，计算部分要注意被反应消耗掉的是试管内的氧气，不包含注射器内的部分．

解答 解：（1）红磷燃烧产生大量白烟，同时释放出大量的热，燃烧消耗氧气，使装置内的气压变小，因此待装置冷却到室温打开止水夹，水倒流至瓶中约1/5 处；反应的化学表达式为4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（2）木炭燃烧产生CO₂是气体，瓶内压强不变，水不会倒流，所以用木炭代替红磷是不会得到对应的结果的；
若红磷不足（未冷却到室温读数，装置漏气）等都会使测定结果偏小；
（3）镁条不仅仅能够与氧气反应，而且还能和氮气反应，这样就造成进入液体的体积远远超过1/5 （分析时一定要注意对反应条件中气密性等已经说明的良好，否则很容易就理解为气密性或者药品的量等原因）．；
（4）为了保证结果的精确，加入的物质需要满足能够消耗了密闭容器内的氧气，而不产生新的气体等；
（5）根据操作及实验目的可以确定实验顺序为：③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图2中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管；①点燃酒精灯；②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；④读取注射器活塞的数据；对应用注射器进行的实验改进，相对先前的实验，数据更容易获取，因为注射器有精确的刻度．计算部分要注意反应消耗掉的是试管内的氧气，不包含注射器内的部分，所以消耗氧气是45的1/5，即9mL，所以注射器活塞应该向左滑动到“1”；
（6）反应后剩余的作用气体是氮气，说明氮气不能燃烧，也不能支持燃烧这是化学性质，氮气不易溶于水，这是物理性质．
故答案为：
（1）红磷燃烧放出大量白烟，同时释放出大量的热；当冷却到室温后打开止水夹，水倒流入容器约容器容积的$\frac{1}{5}$；
（2）木炭燃烧生成气体二氧化碳和一氧化碳，不引起装置内压强的改变，水不会倒流进入瓶内；
（3）镁条和空气中其他成分也发生了反应；
（4）本身是固体，能够和空气中氧气或者氮气单一物质反应，且生成物不是气体；
（5）③①②④；1；
（6）不易溶于水；不能燃烧，也不能支持燃烧．

点评 注意尤其是注射器类似的本身内部有气体的可能的干扰就是要强调对题意的准确把握对实验的改进从不同行角度分析评价时，要从题目本身的而分析角度来进行，而不是先分析后解答具体的问题，即分析要有针对性．