Question

14．某校化学研究性学习小组在学习了“空气中氧气含量测定”的基础上，改进了教材中的实验，设计出了如图所示的实验装置．

实验步骤如下：
①如图所示，连接仪器，检查装置的气密性，发现装置的气密性良好．
②在集气瓶里装进适量a体积的水，燃烧匙里放一块白磷（白磷燃烧所需要的最低温度是40℃），并在酒精灯上把玻璃棒下端加热，按图示装置把集气瓶中的空气密封起来，把长导管的另一端放入盛有足量水的烧杯中．（注：集气瓶内的长导管已伸到了瓶底）
③用力把预先加热过的玻璃棒按下与白磷接触，观察到白磷立即着火燃烧，产生大量白烟，同时放出大量的热．（注：白磷与红磷燃烧的产物、现象均相同）
④待白磷燃烧熄灭后，稍加振荡，白烟消失．
⑤待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是b，整个集气瓶的体积是c．
⑥根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数．
根据以上信息，回答下列问题．
（1）集气瓶中白磷燃烧的符号表达式4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
（2）在白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是先下降后上升
（3）若实验非常成功，当c为500mL，a=100mL，则b=180mL．
（4）组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进适量a体积的水”非常不理解．咨询了组长小明之后，他终于明白“a体积的水”的作用，其一是为了加快⑤步骤中集气瓶的冷却速度；其二则主要是防止白磷燃烧时集气瓶中气体受热膨胀逸出．
（5）在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验测定的氧气含量大于理论值的是B
A、装置气密性不好
B、实验前集气瓶里预先装的水并不是a体积
C、集气瓶没有冷却到室温
D、用红磷代替白磷（红磷燃烧所需要的最低温度在240℃左右）

Answer 1

分析 （1）严格按照化学方程式的书写规则进行书写；
（2）根据白磷燃烧时瓶内气体体积的变化情况进行解释；
（3）根据空气中氧气的含量与白磷燃烧只消耗氧气的性质进行分析；
（4）围绕“白磷燃烧时集气瓶内压力增大过度，会使集气瓶中气体受热膨胀而逸出”这一因素进行分析；
（5）根据集气瓶内气压的变化情况进行判断．

解答 解：（1）集气瓶中白磷燃烧的符号表达式：4P+5O₂   $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ 2P₂O₅；
（2）白磷燃烧时会放出大量的热，集气瓶内空气受热体积膨胀，气压增大，使集气瓶内的水沿玻璃管流入烧杯内；燃烧停止后，温度下降，瓶内气压减小，烧杯中的水就会沿着玻璃管再流入集气瓶内；
（3）白磷燃烧只消耗空气中的氧气：，集气瓶内空气为500-100=400mL，由于氧气约占空气总体积的$\frac{1}{5}$，所以消耗掉氧气的体积为80mL，则烧杯中的水会进入集气瓶内约80mL，所以集气瓶内水的总体积为100+80=180mL．
（4）集气瓶内预先装入适量的水，使白磷燃烧时集气瓶内气压不会过度增大，不至于使集气瓶中气体受热膨胀而逸出．
（5）“装置气密性不好”与“集气瓶没有冷却到室温”都会导致进入集气瓶内水的体积减少，从而导致实验最后产生的实际值小于理论值；用红磷代替白磷后生成物仍然是只有五氧化二磷生成，所以不影响实验结果；如果实验前集气瓶里没有装a体积的水，会使集气瓶中气体受热膨胀而逸出，从而导致瓶内气压减小幅度过大，使进入水的体积变大，所以实验最后产生的实际值大于理论值．
答案：
（1）4P+5O₂   $\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$ 2P₂O₅；
（2）先下降后上升；
（3）180；
（4）防止白磷燃烧时集气瓶中气体受热膨胀逸出；
（5）B

点评 空气中氧气含量的测定也是中考考查的一个热点，重点考查实验过程中看到的现象以及导致实验结果偏大或偏小的原因．未来中考对该实验的考查将会不断创新，例如，在药品上，用NaOH溶液代替水，则用木炭、硫粉等代替红磷也可以完成该实验；在热源上用电阻丝通电产生热量、用放大镜汇聚太阳光产生能量代替酒精灯完成实验；在装置上用注射器、活塞、圆筒状玻璃容器、U型管等．但不管如何创新，同学们只要深刻理解该实验的原理，即可顺利解题．