Question

14．某化学兴趣小组进行空气中氧气含量测定，请你参与实验，并回答下列有关问题：

（1）实验过程中，观察到红磷燃烧的现象是放出热量、冒出大量的白烟；；该反应的文字表达式是磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；上述实验和拉瓦锡研究空气成分实验（将汞与空气封闭在一起加热，生成氧化汞）的化学反应都属于化合 反应（填基本反应类型）．
（2）图Ⅰ实验不仅可以说明氧气占空气的体积分数，还可以说明氮气具有的化学性质有不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应（只需写一点）．
（3）用图Ⅰ实验装置测定的结果是：集气瓶内水面上升明显大于瓶内空气体积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因是在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来．（只需写一点）
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温．打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间，若仍用木炭代替红磷，你对该生的实验方案应作何改进，才能保证实验成功？在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液（只需答出实验方案中须改进的地方）．
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置（选用容积为45mL的18×180mm的试管作反应容器），其实验的操作步骤如下：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Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；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）；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1 mL处才停止；对照图Ⅱ实验，你认为图Ⅰ实验有何不足之处图Ⅰ不如图Ⅱ严密，测量误差大（回答一点即可）．
（6）经过研究讨论后该兴趣小组又设计了如图Ⅲ的测定空气中氧气含量的改进装置．主要操作是：在实际容积为150mL的集气瓶里，先装进50mL的水，再按图连好仪器，打开止水夹，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃．（已知白磷在空气中燃烧生成五氧化二磷）
①白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是先下降后上升；c；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70 mL．
②集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到哪些作用？ab （填写序号）
a．加快集气瓶冷却
b．液封导气管末端以防气体逸出
c．缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

Answer 1

分析 本题是测定氧气在空气中的体积分数的实验探究，要把空气中的氧气消耗掉．
在本实验中用的是红磷，红磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟．
本实验还可以说明氮气具有的化学性质有：不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应；
如果装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一．
某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温，打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应做的改进是：在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤是：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Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；点燃酒精灯；撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；读取注射器活塞的数据．
图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL处才停止；对照图Ⅱ实验，图Ⅰ不如图Ⅱ严密；图Ⅲ的测定空气中氧气含量中，白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是：先下降后上升，先下降是因为开始时，气体受热膨胀，冷却后再上升；
若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70mL，集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却；液封导气管末端以防气体逸出；缓冲集气瓶内气压的骤然升高．

解答 解：（1）在本实验中用的是红磷，红磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟；磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，属于化合反应；
故答案为：放出热量、冒出大量的白烟；磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；化合；
（2）本实验还可以说明氮气具有的化学性质有：不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应；
故答案为：不燃烧也不支持燃烧或不与红磷反应
（3）如果进入集气瓶中水的体积大于五分之一，就说明操作太慢，致使装置内的部分空气逸散出来．故答案为：在将燃着的红磷伸入装置时动作缓慢，致使装置内的部分空气逸散出来
（4）某学生用木炭代替图Ⅰ中的红磷，当木炭停止燃烧，集气瓶冷却到室温，打开弹簧夹后，发现水不能进入集气瓶，原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；若仍用木炭代替红磷，对该生的实验方案应做的改进是：在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
故答案为：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间；在集气瓶中放一些氢氧化钠溶液；
（5）图Ⅱ是该兴趣小组的测定空气中氧气含量的改进装置，其实验的操作步骤是：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Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹夹紧橡皮管；点燃酒精灯；撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹；读取注射器活塞的数据；图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约1mL处才停止；对照图Ⅱ实验，图Ⅰ不如图Ⅱ严密；
故答案为：③①②④；1；图Ⅰ不如图Ⅱ严密，测量误差大；
（6）图Ⅲ的测定空气中氧气含量中，白磷从燃烧到熄灭冷却的过程中，瓶内水面的变化是：先下降后上升，先下降是因为开始时，气体受热膨胀，冷却后再上升；若实验非常成功，最终集气瓶中水的体积约为70mL，集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却；液封导气管末端以防气体逸出；液体较难被压缩，所以不能缓冲集气瓶内气压的骤然升高；
故答案为：先下降后上升；70；ab．

点评 本考点是测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验中要注意以下几点：①装置的严密性②所用药品的量③生成物的状态④读数时要冷却到原温度等．要具体问题具体分析，根据设计的步骤中不同的现象去思考，从而得出正确的结论．本考点经常出现在选择题、填空题和实验题中．