Question

4．空气中氧气含量测定的再认识．

【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图1）．
该实验中选择使用汞的优点是BCD．
A．实验过程中没有污染           B．能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽
C．在汞槽中起到液封作用         D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图2），写出红磷燃烧的化学方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于21%．
【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量？
【进行猜想】（1）装置漏气；（2）红磷的量不足，装置内氧气有剩余；…
【实验与交流】在老师的指导下，小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%．请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因．白磷燃烧需要的氧气的最低浓度低于红磷的．
【实验探究1】小明根据铁生锈的原理（铁能与空气中的氧气反应），探究用铁能否准确测定空气中氧气的含量，于是进行了实验（装置如图3），通过7天测得的数据计算空气中氧气的含量为19.13%．

【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点：装置内的氧气残留更少，结果更准确．
【实验探究2】为了加快反应速率，小明通过查阅资料，利用铁粉、炭粉、氯化钠（NaCl）等物质又进行了实验（装置如图4），8分钟后测得的数据如表：

实验前的体积		实验后的体积
集气瓶内空气	烧杯内蒸馏水	烧杯内剩余蒸馏水
130mL	90.0mL	63.6mL

请计算出空气中氧气含量20.2%（计算结果保留一位小数）．
【结论与反思】通过上述实验探究，选择铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水物质（填物质名称）进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差．
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃]，若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，请判断能否比较准确地测定空气中氧气的含量，并说明理由不能．（填“能”或“不能”），理由因为空气中二氧化碳含量只有大约0.03%，铜不能将装置内的氧气接近耗尽．

Answer 1

分析 教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，实验的思路是先合成后分解，选用的是汞，汞本身是有毒的，在加热条件形成汞蒸气毒性加大．采用加热而不是点燃，且持续时间很长，能够尽可能让装置内的空气几乎耗尽．
而红磷燃烧法测定空气中的氧气含量，由于当燃烧消耗氧气低到一定程度时，燃烧将不再进行，也就是不是因为没有氧气而不再燃烧，而是由于氧气低到一定程度不能维持燃烧．
对比铁丝生锈法，耗时较长，结果也偏差较大．
而新探究的方法，改进了所用物质，采取铁粉和一些盐类物质，让生锈过程加快，仅仅用时八分钟就实现了实现目的，且实验数据更准确．
而铜丝生锈法，由于在消耗氧气的同时也需要消耗二氧化碳，而密闭装置中的二氧化碳不足以支持铜丝去消耗尽装置内的氧气，所以不可以采用铜丝生锈法进行空气中氧气的测定．

解答 解：
【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分
 A．汞本身是有毒的，加热变成汞蒸气毒性更强．错误；
B．由于是持续缓慢加热，长时间反应，所以能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽．正确；
C．在汞槽中起到液封作用也是随时补充装置内反应用的汞．正确；
D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气．正确．
故选：BCD．
【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量，是红磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，对应的化学方程式 4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
【实验与交流】在老师的指导下，小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%．由于都是过量反应物，且是燃烧熄灭后测定，说明白磷燃烧需要的氧气的最低浓度低于红磷的．
【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定，由于不是采用燃烧法，所以对氧气最低浓度要求小，所以在长时间反应后，残余氧气更少，这样结果更加准确，所以主要优点因：装置内的氧气残留更少，结果更准确．
【实验探究2】
通过实验可以看出，用对应实验用品，反应时间更短，而实验结果更加准确，所以可以选用 铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水等物质进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差．
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃]，若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，请判断能否比较准确地测定空气中氧气的含量，由于铜生锈需要同时消耗二氧化碳和氧气，而空气中二氧化碳很少，密闭装置中的二氧化碳不足以支持铜丝去消耗尽装置内的氧气，所以不可以采用铜丝生锈法进行空气中氧气的测定．
故答案为：
【经典赏析】BCD．
【实验回顾】4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
【实验与交流】白磷燃烧需要的氧气的最低浓度低于红磷的．
【交流与反思】装置内的氧气残留更少，结果更准确．
【实验探究2】20.2%．
【结论与反思】铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水．
【拓展延伸】不能； 因为空气中二氧化碳含量只有大约0.03%，铜不能将装置内的氧气接近耗尽．

点评 评价实验，要结合实验的目的进行，空气成分测定关注的是氧气的体积分析，凡是能影响氧气消耗或者影响读数的因素都要探究．