Question

12．某化學興趣小組對教材中“測定空氣里氧氣含量”的實驗進行了大膽改進，分別設計了以下兩種裝置，如圖I和圖Ⅱ，圖Ⅱ選用容積為30ml（規(guī)格為18mm×180mm）的試管作反應容器進行實驗，均取得了良好的實驗效果．請你對比分析下面圖I、圖Ⅱ的實驗，回答下列有關問題：

（1）圖Ⅰ實驗中觀察到的紅磷燃燒的現(xiàn)象是紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內(nèi)空氣體積的$\frac{1}{5}$，該反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）下表是圖I實驗中記錄的數(shù)據(jù)：

集氣瓶的容積（ml）	實驗開始時量筒內(nèi)水體積（ml）	實驗結(jié)束時量筒內(nèi)水體積（ml）
150	60	37.5

根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算空氣中氧氣的體積分數(shù)為15%；
（3）圖Ⅰ實驗中，下列操作過程對實驗結(jié)果的影響分析正確的是CD（填序號）；
A．彈簧夾沒夾緊會導致實驗結(jié)果偏小
B．燃燒匙內(nèi)盛放過量的紅磷會導致實驗結(jié)果偏大
C．沒等裝置冷卻就打開彈簧夾會導致實驗結(jié)果偏小
D．點燃紅磷伸入瓶中時，沒有立即塞緊瓶塞會導致實驗結(jié)果偏大
（4）圖Ⅱ?qū)嶒灥牟僮鞑襟E如下：
①點燃酒精燈； ②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；③將少量紅磷平裝入試管
中，將規(guī)格為20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖Ⅱ中所示的連接方式固定
好，再將彈簧夾緊橡皮管； ④讀取注射器活塞的數(shù)據(jù)；⑤連接儀器并檢查裝置氣密性；
你認為正確的實驗操作順序是⑤③①②④（填序號）
（5）圖Ⅱ?qū)嶒炛�，若操作均正確，注射器活塞注最終停止在4mL刻度處．
（6）圖Ⅱ?qū)嶒炛校�若上述步驟③中，未用彈簧夾夾住橡皮管，其它步驟都不變，則實驗過程中注射器的活塞將先向右（填左或右，下同）移動，后向左移動，最終活塞會停留在2mL刻度處．
（7）對比圖Ⅰ和圖Ⅱ，下列分析正確的是BC（填序號）．
A．圖Ⅰ和圖Ⅱ都能粗略的測出空氣中氧氣的質(zhì)量分數(shù)；
B．圖Ⅱ?qū)嶒炛校瑳]有白煙逸出，更環(huán)保；
C．圖Ⅱ?qū)嶒炛醒b置始終密閉，避免紅磷放入瓶中時空氣逸出，實驗結(jié)果更準確；
D．實驗中紅磷的用量越多，實驗測量結(jié)果越大．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)紅磷的燃燒及瓶內(nèi)壓強的變化分析回答現(xiàn)象．
（2）根據(jù)實驗數(shù)據(jù)計算；
（3）用此裝置測定氧氣在空氣中的含量，很多因素都對實驗結(jié)果造成影響，如裝置漏氣，紅磷量不足，反應后沒有冷卻到室溫等；
（4）按儀器的組裝→實驗的進行→結(jié)論的形成分析排列；
（5）對于用注射器改進后的儀器其刻度更容易讀取，計算部分要注意被反應消耗掉的是試管內(nèi)的氧氣，不包含注射器內(nèi)的部分；
（6）由于燃燒放出大量熱，使氣體膨脹；此時消耗試管和注射器中的氧氣；
（7）根據(jù)信息主要從環(huán)境的保護、實驗的誤差等方面分析解答．

解答 解：（1）圖1實驗中發(fā)生反應的現(xiàn)象是：紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內(nèi)空氣體積的$\frac{1}{5}$．
（2）空氣中氧氣的體積分數(shù)為$\frac{60mL-37.5mL}{150mL}$×100%=15%；
（3）A、彈簧夾沒夾緊會使集氣瓶中部分氣體從燒杯中逸出，然后進入集氣瓶中的水會大于$\frac{1}{5}$，導致實驗結(jié)果偏大，故此項錯誤；
B、燃燒匙內(nèi)盛放過量的紅磷不會影響實驗結(jié)果，不能導致實驗結(jié)果偏大，故此說法錯誤．
C、沒等裝置冷卻就打開彈簧夾會使進入集氣瓶中的水少，導致實驗結(jié)果偏小，故此項正確．
D、點燃紅磷伸入瓶中時，沒有立即塞緊瓶塞會使集氣瓶內(nèi)空氣逸出，導致實驗結(jié)果偏大，故此項正確．
故選CD．
（4）從儀器的組裝實驗的進行以及結(jié)論的形成等環(huán)節(jié)可知：圖Ⅱ?qū)嶒炚�確的實驗操作順序應是：⑤③①②④．
（5）因為氧氣約占空氣體積的$\frac{1}{5}$，而試管的容積是45mL，當其內(nèi)氧氣被耗盡時氣體減少的體積為：30mL×$\frac{1}{5}$，所以活塞所處的刻度值為10mL-30mL×$\frac{1}{5}$=4mL
（6）由于燃燒放出大量熱，使氣體膨脹，注射器的活塞將先向右移動，而后隨著反應進行氣體不斷減少，反應完畢，溫度降低，注射器的活塞后左向移動，由于試管和注射器中的氧氣都被消耗掉，所以減少的體積是（30mL+10mL）×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞所處的刻度值為10mL-8mL=2mL，
（7）對照圖I實驗，圖Ⅱ?qū)嶒灳哂幸韵聝?yōu)點：裝置始終密閉，減少實驗誤差，節(jié)省燃料，不污染環(huán)境，便于讀數(shù)等，因此圖I的缺點是：易造成實驗誤差（或污染環(huán)境）；圖Ⅰ和圖Ⅱ都能粗略的測出空氣中氧氣的體積分數(shù)．裝置中紅磷必須過量．
故答案為：（1）紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，充分反應并冷卻后水被倒吸入廣口瓶中，約占原瓶內(nèi)空氣體積的$\frac{1}{5}$；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）15%；
（3）CD；
（4）⑤③①②④；（5）4；（6）右；左；2；（7）BC．

點評 此題是關于對空氣中氧氣含量的實驗考查，解題的關鍵是了解空氣中氧氣的含量以及相關的實驗要求，屬于開放型實驗分析題．