Question

20．空氣中氧氣含量測定的再認識．
【實驗回顧】圖1是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置．寫出紅磷燃燒的化學(xué)方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
步驟如下：
①用彈簧夾夾緊橡皮管．
②點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入瓶中并塞緊塞子．
③待裝置冷卻后打開彈簧夾．
④觀察并記錄水面的變化情況．
【實驗反思】多次實驗，發(fā)現(xiàn)集氣瓶內(nèi)上升的水的體積始終小于瓶內(nèi)原空氣體積的1/5．
【實驗改進1】
Ⅰ．根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理（鐵與氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成鐵銹）設(shè)計如圖2實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．裝置中的食鹽水和活性炭會加速鐵生銹．
Ⅱ．測得實驗數(shù)據(jù)如表

測量項目	實驗前	實驗后
	燒杯中水的體積	燒杯中剩余水的體積	集氣瓶（扣除內(nèi)容物）和導(dǎo)管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

【交流表達】（1）鐵生銹過程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，首先是鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是20.2%．（消耗的水的體積忽略不計，計算結(jié)果保留一位小數(shù)）．
【猜想與假設(shè)】根據(jù)鐵生銹的原理，某同學(xué)對最終生成的鐵銹的主要成分作出猜想：
（Ⅰ）氧化鐵（Ⅱ）碳酸鐵，你認為猜想（Ⅱ）（填序號）一定是錯誤的，理由是化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變．
實驗改進2】
使用圖3裝置進行實驗．實驗前應(yīng)先進行的操作
是檢查裝置的氣密性．
【實驗過程】步驟1：在注射器中放入裝有足量鐵粉、活性炭粉的浸有食鹽水的紙袋，封閉．
步驟2：打開彈簧夾，將活塞向右拉至一定距離，關(guān)閉彈簧夾．
步驟3：不斷輕輕晃動注射器，至活塞位置不再發(fā)生變化．
數(shù)據(jù)處理】實驗中需要記錄的數(shù)據(jù)是注射器中原來的空氣體積，反應(yīng)后剩余氣體的體積．
計算得出氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$．
【計算】鐵的氧化物有多種，116g四氧化三鐵與多少g氧化亞鐵（FeO）中所含的氧元素質(zhì)量相等．（寫出計算過程）
【實驗評價】與燃燒紅磷法相比，用改進實驗測定空氣中氧氣含量的優(yōu)點是鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底，使實驗結(jié)果更準確；測量時考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的空氣中氧氣含量的測定原理進行分析解答，磷燃燒生成五氧化二磷；氣體被消耗，壓強變小，故會產(chǎn)生水倒吸的現(xiàn)象；根據(jù)鐵生銹的知識進行分析解答即可．根據(jù)氧化亞鐵的化學(xué)式FeO及四氧化三鐵的化學(xué)式Fe₃O₄，要使兩物質(zhì)中氧元素的質(zhì)量相等，兩物質(zhì)的粒子個數(shù)比應(yīng)為4：1，即兩種物質(zhì)的質(zhì)量滿足288：232的關(guān)系．

解答 解：【實驗回顧】磷燃燒生成五氧化二磷，故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
③等待實驗裝置溫度冷卻至室溫后，再打開彈簧夾，故填：待裝置冷卻后打開彈簧夾．
【實驗改進1】鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，故填：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
根據(jù)反應(yīng)前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分數(shù)為$\frac{25.5mL}{126mL}×100%$≈20.2%，故填：20.2%；
【猜想與假設(shè)】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)前后元素的種類不變，反應(yīng)物中沒有碳元素，所以不能可能是碳酸鐵．
故填：（Ⅱ）；化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變．
【實驗改進2】對于有氣體參與或生成的反應(yīng)，實驗前一定要檢查裝置的氣密性，故填：檢查裝置的氣密性．
【數(shù)據(jù)處理】要用此方法來測定空氣中氧氣的含量，就需要記錄反應(yīng)前后注射器內(nèi)氣體的體積，故填：注射器中原來的空氣體積，反應(yīng)后剩余氣體的體積．
【計算】設(shè)FeO的質(zhì)量為x
4FeO～Fe₃O₄
288   232
x    116g
$\frac{288}{232}=\frac{x}{116g}$
x=144g
【實驗評價】使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實驗結(jié)果更準確，測量時考慮導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實驗結(jié)果更為準確，故填：鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底，使實驗結(jié)果更準確；測量時考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確．

點評 本題考查的是氧氣的含量的測定以及實驗裝置的改進，完成此題，可以依據(jù)已有的知識進行．