Question

小麗對家中的家用制氧機產生了濃厚的興趣。她通過閱讀說明書了解到家用制氧機的工作原理如下：加壓時，裝填在制氧機內部的分子篩吸附空氣中的氮氣，制取高濃度氧氣。減壓時，分子篩將所吸附的氮氣排放。整個過程中，分子篩并不消耗。小麗用這臺家用制氧機制取并收集了一袋氣體，帶到實驗室對其進行研究。

實驗I：小麗欲通過以下實驗驗證所收集的氣體是否為純凈的氧氣。   

【實驗記錄】

實驗步驟	實驗現象	化學方程式
取一只250 mL的集氣瓶，用排水法收集一瓶所帶氣體，然后把一小塊燃著的木炭插入集氣瓶中	木炭燃燒得更旺	化學方程式I

表中，化學方程式I是    。

【實驗結論】收集的氣體是純凈的氧氣。

【實驗反思】老師指出上述實驗并不能證明小麗所帶來的氣體一定是純凈的氧氣。該實驗不能證明所收集氣體為純凈氧氣的原因是    。

實驗II：測定小麗所帶氣體中氧氣的含量。

同學們在老師的指導下設計了如右圖所示裝置，進行實驗，并重復多次。

【實驗記錄】

實驗操作	主要實驗現象	實驗結論及解釋
①	檢查裝置的氣密性		裝置的氣密性良好
②	加入藥品，將裝置連接固定
③	打開止水夾a和b，向A中緩慢鼓入一定量氣體后關閉止水夾a和b	A中水進入到B中，B中水的體積為200 mL。	收集200 mL氣體（由壓強差引起的誤差忽略不計）
④	用凸透鏡聚光引燃白磷	燃燒，產生大量白煙
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫， 進行操作I	現象I	小麗收集的氣體不是純凈的氧氣

表中，操作I是    ；現象I是    。

【數據記錄】   

實驗次序	1	2	3	4	5
B中剩余水體積/mL	100	42	39	41	38

【數據處理】已知，在上表數據中，第1組數據偏差較大，存在明顯誤差，在數據處理時應刪去。小麗所帶氣體中氧氣的體積分數為     % 。

【實驗反思】

（1）這臺家用制氧機制氧氣的過程發生的變化屬于   （填“物理變化”或“化學變化”）。

（2）導致第1組數據產生較大誤差的可能原因是    。

 

Answer 1

【答案】

實驗I：C + O₂ CO₂（寫出生成CO的反應不扣分）    木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說明集氣瓶中氧氣含量為100%（其他合理答案均可得分）

實驗II：  打開止水夾b      B中部分水被吸入A中（其他合理答案均可得分）

80%        物理變化          白磷量不足（其他合理答案均可得分）

【解析】

試題分析：實驗I：【實驗記錄】由于木炭在氧氣中充分燃燒，只生成二氧化碳氣體，故反應的化學方程式為 C+O₂CO₂；

【實驗反思】根據實驗現象“木炭燃燒得更旺”可知，集氣瓶中的氧氣濃度很高，但不一定是純凈的氧氣。

實驗II：【實驗記錄】結合學過的“空氣中氧氣含量的測定的實驗”可知，由于白磷能與氧氣反應，故反應后，集氣瓶中因氧氣的減少而使壓強變小，故待白磷熄滅并冷卻到室溫時，打開止水夾b，會看到B中有部分水會被吸入A中。

【數據處理】根據題意，由于第1組數據偏差較大，存在明顯誤差，故在數據處理時已刪去；為了進一步縮小誤差，可求出另外4次的平均值作為最終結果，則小麗所帶氣體中氧氣的體積約為200ml-=160ml，故氧氣的體積分數=×100%=80%。

【實驗反思】

（1）根據題意可知，這臺家用制氧機在制氧氣的過程中，只是將空氣中的氮氣和氧氣分離，而沒有新物質生成，故發生的變化屬于物理變化。

（2）根據題意可知，B中剩余的水越多，說明消耗的氧氣就越少；因為壓強變化的越小，倒吸的水也就越少；根據上面的數據處理可知，小麗所帶氣體中氧氣的體積分數為80%，而根據第1組數據可知，此時氧氣并沒有被消耗完，故最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣。

考點：氧氣的化學性質，純凈物與混合物的判別，化學方程式的書寫，測定空氣中氧氣的含量，化學變化與物理變化的判別

點評：對于驗證型實驗探究，要熟記物質的性質或變化規律，根據給出的實驗設計方案，進行實驗、分析和探究，并通過觀察、記錄和分析的實驗現象，來驗證該物質的性質或變化規律等。