Question

8．探究一、请根据下列实验装置图答问题．

（1）写出图1中仪器a、b、名称：a试管，b酒精灯．
（2）用图1中B装置制取O₂的文字（或符号）表达式为高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气（2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑），若要收集干燥的氧气应选用的收集装置为D（填装置序号），如果用F装置收集氧气，则应从a端通入，其验满的操作方法是将带火星的木条放在导管口，木条复燃，证明集满．
（3）如图1中A时“铁丝在氧气中燃烧”实验的改进装置，实验时打开分液漏斗活塞，通入干燥氧气约10秒，引燃铁丝下端火柴杆，伸入塑料瓶内，并对准玻璃管扣正上方，观察到的现象是铁丝剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体．
改进后的优点是①②③（填序号）．
①氧气无需提前制备和收集，操作更方便
②塑料瓶代替集气瓶，防止集气瓶炸裂，更安全
③装置集氧气的制取、干燥、和性质验证于一体，实验更优化．
（4）某兴趣小组同学将带火星的木条伸入到收集满氧气的集气瓶中，木条复燃，拿出木条，盖好集气瓶，过一会儿，再用带火星的木条伸入瓶中，木条仍然复燃，重复以上操作，直到木条不再复燃，据此现象你能得到的结论是带火星的木条是否复燃与氧气的浓度有关．
（5）该兴趣小组同学还做了如图2中的趣味实验，图中现象是在量筒中涌出柱状的泡沫，可形象地称为“大象牙膏”，其原理主要是双氧水在某些催化剂作用下迅速分解产生水和氧气，反应的文字（或符号）表达式为过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气（2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑）．

探究二、如图3是小红同学设计的某探究实验的装置，请你协助他共同完成下列实验相关的内容．
（1）实验探究的目的是探究空气中氧气的含量．
（2）收集的信息数据：①空气中N₂占78%，O₂占21%，其它其它及杂质占1%（按体积计）②O2可支持燃烧③红磷、硫、木炭都可以在空气中燃烧
（3）方案设计：利用A在空气中燃烧以消耗空气中O₂的实验完成（填写字母）．
A、红磷   B、硫   C、木炭
（4）实验现象：红磷燃烧放出热量，生成大量的白烟，烧杯中的水会进入到瓶中约占瓶中体积的五分之一
（5）实验结论：氧气约占空气体积的五分之一
（6）写出该反应的文字（或符号）表达式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（7）结论分析：若实验所得结论与实际结论偏高，可能的原因是：
a、红磷的量不足
b、没有等装置冷却就打开止水夹
（8）启示：通过该实验，我们预测瓶中剩余氮气的一个性质：难溶于水，不支持燃烧．
【实验改进】小刚同学查得实验资料表明：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，测置结果与理论值误差较大．
【实验改进】
Ⅰ．根据铁在空气中生锈的二元论设计如图4实验装置，再次测定空气中氧气含量，装置中饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈．
Ⅱ．测得实验数据如表

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	集气瓶（扣除内容物）和导管的容积
体积	80.0	54.5	126.0

（9）【交流表达】
①铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）₂]，写出该反应的文字表达式为2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
②根据表中数据计算，改进实验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%）．
③从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是：（写出一个即可）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．

Answer 1

分析 探究一：（1）根据实验室常用仪器的名称和题中所指仪器的作用进行分析；
（2）根据B装置制取氧气的反应物是固体，反应条件是加热，试管口有一团棉花，所以是高锰酸钾制取氧气，高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，向上排空气法收集的氧气干燥，氧气密度比空气大，氧气有助燃性进行分析；
（3）根据铁和氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁，以及改进后的装置特点进行分析；
（4）根据可燃物燃烧的剧烈程度与氧气的浓度有关进行分析；
（5）根据过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气进行分析；
探究二：（1）根据题干可以知道该实验目的为探究空气中氧气的含量，可以据此解答该题；
（3）根据红磷、硫和木炭燃烧的产物进行解答；
（4）根据红磷燃烧放出热量，生成大量的白烟，红磷燃烧消耗了氧气而使瓶中压强减小，所以烧杯中的水会进入到瓶中约占瓶中体积的五分之一进行分析；
（5）根据（4）中的实验现象来推断结论；
（6）根据红磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷进行分析；
（7）根据该实验中的注意事项进行解答；
（8）根据燃烧后水进入的体积和剩余的空间进行解答；
（9）根据铁生锈的知识进行分析解答即可．

解答 解：探究一：（1）通过分析题中所指仪器的作用可知，a是试管，b是酒精灯；
（2）B装置制取氧气的反应物是固体，反应条件是加热，试管口有一团棉花，所以是高锰酸钾制取氧气，高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，表达式为：高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气（2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑），向上排空气法收集的氧气干燥，所以要收集干燥的氧气应选用的收集装置为D，氧气密度比空气大，氧气有助燃性，所以用F装置收集氧气，则应从a端通入，验满的操作方法是：将带火星的木条放在导管口，木条复燃，证明集满；
（3）铁和氧气在点燃的条件下生成四氧化三铁，实验现象为：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放出大量的热，实验装置改进后，氧气无需提前制备和收集，操作更方便；塑料瓶代替集气瓶，防止集气瓶炸裂，更安全；装置集氧气的制取、干燥和性质验证一体，实验更优化，故选：①②③；
（4）根据带火星的木条是否复燃可以得出的结论是：带火星的木条是否复燃与氧气的浓度有关；
（5）通过分析可知，在量筒中涌出柱状的泡沫，可形象地称为“大象牙膏”，其原理主要是：双氧水在某些催化剂作用下迅速分解产生水和氧气，表达式为：过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气（2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑）；
探究二：（1）根据题干可以知道该实验目的是：探究空气中氧气的含量；
（3）红磷燃烧生成白色固体，硫燃烧生成二氧化硫气体，木炭燃烧生成二氧化碳气体，本实验的目的是测定氧气的含量，所以所选的物质不能生成气体，否则不能产生压强差，从而也就难以测定出氧气的含量，所以本实验中应该选择红磷来进行实验，故选A；
（4）实验现象为：红磷燃烧放出热量，生成大量的白烟，红磷燃烧消耗了氧气而使瓶中压强减小，所以烧杯中的水会进入到瓶中约占瓶中体积的五分之一；
（5）根据（4）中的实验现象来推断结论为：氧气约占空气体积的五分之一；
（6）红磷燃烧产生了五氧化二磷，化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（7）该实验中应该提供足量的红磷以保证尽可能的将氧气消耗尽，同时要等装置冷却之后再打开止水夹，否则得到的结论会与实际结论有偏差；
（8）根据燃烧后水进入的体积为集气瓶体积的五分之一，而不是全部，所以可以判断氮气的物理性质为难溶于水，而过量的红磷没有完全燃烧，说明氮气不支持燃烧；
（9）①铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）₂]，化学方程式为：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
②根据反应前后烧杯内水的体积变化可以看出，消耗的氧气的体积是：80-54.5=25.5mL，所以氧气的体积分数为：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%=20.2%；
③使用铁的缓慢氧化消耗氧气，使氧气消耗的更为彻底，实验结果更准确，测量时考虑导管容积和扣除内容物后的集气瓶的体积，使实验结果更为准确，所以改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是：铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更为彻底，使实验结果更准确；测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确．
故答案为：探究一：（1）试管，酒精灯；
（2）高锰酸钾$\stackrel{加热}{→}$锰酸钾+二氧化锰+氧气（2KMnO₄$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑），D，a，将带火星的木条放在导管口，木条复燃，证明集满；
（3）剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，放出大量的热，①②③；
（4）带火星的木条是否复燃与氧气的浓度有关；
（5）双氧水在某些催化剂作用下迅速分解产生水和氧气，过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气（2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑）；
探究二：（1）探究空气中氧气的含量；
（3）A；
（4）红磷燃烧放出热量，生成大量的白烟，红磷燃烧消耗了氧气而使瓶中压强减小，所以烧杯中的水会进入到瓶中约占瓶中体积的五分之一；
（5）氧气约占空气体积的五分之一；
（6）4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（7）红磷的量不足，没有等装置冷却就打开止水夹；
（8）难溶于水，不支持燃烧；
（9）①2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
②20.2%；
③铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更为彻底，使实验结果更准确；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．

点评 本题主要考查常见气体的发生装置与收集装置的探究，发生装置依据反应物的状态和反应条件选择，收集装置依据气体的密度和溶解性选择．