3.某化学兴趣小组对“暖宝宝”的成分进行探究,并利用其发热原理测定空气中氧气的体积分数.
【查阅资料】
“暖宝宝”中含有铁粉、活性炭、水、氯化钠等物质.遇空气发生反应的表达式是:铁+氧气+水→氢氧化亚铁,该过程放热.
【进行实验】
验证“暖宝宝”中含有铁粉.甲同学打开一袋“暖宝宝”,将其中粉末倒入烧杯中,用磁铁与之充分接触,发现有黑色粉末被吸引,证明“暖宝宝”中确实含有铁粉.
【现象与讨论】
乙同学无意中将吸出的铁粉撒在了酒精灯火焰上,意外地发现铁粉燃烧,火星四射.该小组同学对此现象展开讨论:
①铁丝在空气中不能燃烧,铁粉在空气中能燃烧,这是因为铁粉与氧气的接触面积增大.
②假设铁粉在空气中燃烧和铁丝在氧气中的燃烧产物相同,该反应的文字表达式为3Fe+2O
2$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$Fe
3O
4.
【实验回顾】
图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置.
实验原理:由于红磷燃烧消耗空气中的氧气,使瓶内气压减小,量筒中水倒吸到集气瓶.若装置的气密性良好,操作规范,可以根据量筒中水的变化,粗略测得空气中氧气的含量.
【问题提出】
有实验资料表明:燃烧过程中当氧气体积分数低于7% 时,红磷就无法继续燃烧,因此通过上述实验,测定结果与理论值误差较大.
【实验改进1】
图2是铁在空气中反应的实验装置(该装置中饱和食盐水、活性炭(主要成分为碳)会加速铁在氧气中反应的速度).兴趣小组的同学利用该装置,再次测定空气中氧气含量.
实验装置 | 实验步骤 | 实验现象 | 实验结论 |
| ①如图所示连接好装置,然后 把导管放入水中,再用手紧握广口瓶 | 导管口有气泡冒出 | 装置的气密性良好 |
②在集气瓶内加入足量“暖宝宝”中的物质,迅速把塞子塞紧,并充分震荡 | 量筒中的水倒流入集气瓶 | 进入集气瓶内水的体积即为瓶中氧气的体积 |
【实验过程】
测得实验数据见下表:
测量项目 | 实验前 | 实验后 |
烧杯中水的体积 | 烧杯中剩余水的体积 | 氧气瓶(扣除内容物)和导管的容积 |
体积/mL | 80.0 | 54.5 | 126.0 |
【表达与交流】
(1)根据表内数据计算,实验改进后测得的空气中氧气的体积分数是20.2%(计算结果精确到0.1%).
(2)从实验原理角度分析,改进后的实验结果比前者准确度更髙的原因是①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底,使实验结果更准确.②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积,使实验结果更准确;
【实验改进2】
丁同学设想用图1装置,换用“暖宝宝”中的物质代替红磷将其燃烧,进行氧气含量的测定,你认为是否可行,并说明理由不可行,“暖宝宝”中的活性炭燃烧消耗氧气的同时,生成了二氧化碳气体,从而影响了实验结果.