Question

7．某科学兴趣小组的同学按照课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图1所示），但测出的氧气的体积分数明显小于$\frac{1}{5}$．请你参与探究：
【提出问题】造成误差的原因是什么？如何改进课本上的实验装置？
【查阅资料】1．红磷、白磷的一些性质如表：

	颜色、状态	熔点/℃	着火点/℃	密度/（g/cm3）
红磷	暗红色固体	590	240	2.34
白磷	白色或黄色固体	44.1	40	1.82

2、铜在加热时易与空气中的氧气反应．
【猜想与假设】
甲同学：可能是导管内原含有空气，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．
（1）你还能作出的猜想是集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹（或装置气密性不好）．
【交流与讨论】
（2）丙同学认为用木炭代替红磷，就可以消除误差，你认为他的猜想不合理，（填“合理”或“不合理”）理由是木炭燃烧后生成二氧化碳，瓶内气压减少不明显．
（3）他们利用金属的导热性，对课本上的实验装置进行了图2所示的改进（其他仪器忽略）．
①甲同学提出应把红磷换为白磷，理由是白磷着火点低，更容易燃烧，消耗氧气更彻底．
②与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是实验误差小，不会污染空气．
【探究与反思】
（4）为了验证乙同学的猜想，将铜粉放在残余气体中加热，观察到铜粉变黑色，证明乙同学的猜想合理（填“合理”或“不合理”）
（5）大家用改进的实验装置（如图2所示）进行实验，待玻璃管冷却、管内白色的烟幕消失时，左玻璃管内的液面上升了1 格，得到了较准确的结果．此时应该怎么操作后才能读取左管液面的刻度？调节U型管两边高度一样时再进行读数．

Answer 1

分析 【猜想与假设】（1）根据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，可以据此提出猜想；
【交流与讨论】（2）根据木炭可以和氧气反应生成二氧化碳气体，不能产生压强差，可以据此解答；
（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）根据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；
（5）根据氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$，可以据此解答该题；

解答 解：【猜想与假设】（1）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：集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹；
【交流与讨论】（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；
（3）①白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；
②分析图2中的装置可以知道该装置在密闭的环境中进行反应，能够减少实验误差，气密性更好，更加环保；
【探究与反思】（4）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；
（5）大家用改进的实验装置（如图2所示）进行实验，待玻璃管冷却、管内白色的烟幕消失时，左玻璃管内的液面上升了1格；得到了较准确的结果．此时应该调节U型管两边高度一样时再进行读数，才能读取左管液面的刻度．
故答案为：
【猜想与假设】（1）集气瓶未冷却至室温就打开了弹簧夹（或装置气密性不好）；
【交流与讨论】（1）不合理；木炭可以和氧气反应生成二氧化碳气体，不能产生压强差；
（2）①白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；
②实验误差小，不会污染空气；
【探究与反思】（4）合理；
（5）调节U型管两边高度一样时再进行读数．

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．