Question

4．在“空气中氧气含量的测定”实验探究中，
①甲同学设计了如图1的实验方案：在集气瓶内放足量红磷，塞紧橡皮塞，用放大镜聚集太阳光来引燃红磷，待红磷火焰熄灭且集气瓶冷却至室温后，打开止水夹．如果实验成功，那实验过程中观察到的主要现象有产生大量白烟、水倒吸入集气瓶约占$\frac{1}{5}$体积．

②乙同学设计了如图2的实验方案：将足量镁粉点燃后放入钟罩装置进行实验，写出镁粉与氧气反应的化学方程式2Mg+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO．燃烧完毕冷却后水几乎占满整个钟罩，已知镁是一种很活泼的金属，请推测产生这一现象的可能原因镁不仅和氧气反应，还与氮气发生反应．如果将图2中镁粉换成碳粉进行相同实验，则不能 （能或不能）用来测定空气中氧气的含量．
③丙同学设计了如图3的实验方案：反应容器是由两个针筒和中间的玻璃管组成的密闭系统，容器内留有30mL空气．加热等铜丝的温度升高后，交替缓缓推动两个注射器活塞，观察到亮红色的铜丝表面覆盖着一层黑色物质（反应方程式：2Cu+O₂ $\stackrel{△}{→}$ 2CuO），实验数据记录如下：

反应前容器内空气体积	反应后容器内气体体积
30mL	X mL

Ⅰ．反应后容器内气体体积X理论上为24mL．
Ⅱ．如果反应结束后测得容器内气体体积为28mL，假设装置气密性完好，那造成实验有误差的原因可能是铜丝过少 （试举一个即可）．
④十八世纪法国化学家拉瓦锡为了研究空气的组成设计的实验如图4，实验原理是汞与氧气在加热条件下会反应生成红色的氧化汞粉末．当年拉瓦锡在观察到汞表面浮起红色渣滓后，还继续加热了12天才停止实验，他这样做的理由是为了保证把装置内的氧气全部反应完．

Answer 1

分析 ①红磷在点燃条件下能和空气中的氧气反应，产生大量白烟，放出大量热，生成白色固体五氧化二磷；氧气约占空气总体积的五分之一；
②镁在空气中燃烧时，能和空气中的氧气反应生成氧化镁；空气中氧气和氮气的体积分数约占空气总体积的99%；木炭燃烧生成二氧化碳气体；
③如果铜丝不足，没有充分加热，读数时装置没有冷却至室温，针筒推动次数过少等，都能够导致密闭容器中的氧气不能完全反应；
④需要考虑为了保证把装置内的氧气全部反应完．

解答 解：①如果实验成功，那实验过程中观察到的主要现象有产生大量白烟，进入集气瓶中的水约占集气瓶容积的五分之一．
故填：产生大量白烟，进入集气瓶中的水约占集气瓶容积的五分之一．
②镁粉与氧气反应的化学方程式为：2Mg+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO；
燃烧完毕冷却后水几乎占满整个钟罩，产生这一现象的可能原因是镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应；
将图2中镁粉换成炭粉进行相同实验不能测定空气中氧气的含量其原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，生成的二氧化碳气体占据了空气中氧气的空间．
故填：2Mg+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO；镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应；不能．
③I．反应后容器内气体体积X理论上为：30mL-30mL×$\frac{1}{5}$=24mL．故填：24；
Ⅱ．如果反应结束后测得容器内气体体积为28mL，假设装置气密性完好，那造成实验有误差的原因可能是铜丝不足，没有充分加热，读数时装置没有冷却至室温，针筒推动次数过少等．故填：铜丝不足
④十八世纪法国化学家拉瓦锡为了研究空气的组成设计的实验如图4，实验原理是汞与氧气在加热条件下会反应生成红色的氧化汞粉末．当年拉瓦锡在观察到汞表面浮起红色渣滓后，还继续加热了12天才停止实验，他这样做的理由是为了保证把装置内的氧气全部反应完．
故答案为：
①产生大量白烟、水倒吸入集气瓶约占$\frac{1}{5}$体积．
②2Mg+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2MgO．镁不仅和氧气反应，还与氮气发生反应．不能．
③Ⅰ． 24．Ⅱ． 铜丝过少．
④为了保证把装置内的氧气全部反应完．

点评 考虑需要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．