Question

某化學興趣小組對教材中“測定空氣中氧氣含量”的實驗（見圖Ⅰ）進行了大膽改進，設計了圖Ⅱ（選用容積為45mL的18×180mm的試管作反應容器）實驗方案進行，收到了良好的效果，請你對比分析兩個實驗，回答下列有關問題：

（1）實驗過程中，觀察到紅磷燃燒的現象是________；該反應的文字表達式是________；上述實驗和拉瓦錫研究空氣成分實驗（將汞與空氣封閉在一起加熱，生成氧化汞）的化學反應都屬于________反應（填基本反應類型）．
（2）圖Ⅰ實驗不僅可以說明氧氣占空氣的體積分數，還可以說明氮氣具有的化學性質有________（只需寫一點）．
（3）用圖Ⅰ實驗裝置測定的結果是：集氣瓶內水面上升明顯大于瓶內空氣體積的，你認為導致這一結果的原因是________．（只需寫一點）
（4）某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫．打開彈簧夾后，發現水不能進入集氣瓶，原因是________，若仍用木炭代替紅磷，對該生的實驗方案應作何改進，才能保證實驗成功？（只需答出實驗方案中須改進的地方）________．
（5）圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置，其實驗的操作步驟如下：
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，再將彈簧夾夾緊橡皮管；
④讀取注射器活塞的數據．
你認為正確的實驗操作順序是________（填序號）；圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約________mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，你認為圖Ⅰ實驗有何不足之處（回答一點即可）________．
（6）經過研究討論后該興趣小組又設計了如圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量的改進裝置．
主要操作是：在實際容積為150mL的集氣瓶里，先裝進50mL的水，再按圖連好儀器，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃．（已知白磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷）
①白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是________；若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為________mL．
②集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到哪些作用？________（填寫序號）
a．加快集氣瓶冷卻　b．液封導氣管末端以防氣體逸出　c．緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高．

Answer 1

解：（1）在本實驗中用的是紅磷，紅磷在空氣中燃燒的現象：發黃光、放出熱量、冒出大量的白煙；磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，屬于化合反應；故答案為：發出黃光、放出熱量、冒出大量的白煙；磷+氧氣五氧化二磷；化合；
（2）本實驗還可以說明氮氣具有的化學性質有：不燃燒也不支持燃燒或不與紅磷反應；故答案為：不燃燒也不支持燃燒或不與紅磷反應
（3）如果進入集氣瓶中水的體積大于五分之一，就說明操作太慢，致使裝置內的部分空氣逸散出來．故答案為：在將燃著的紅磷伸入裝置時動作緩慢，致使裝置內的部分空氣逸散出來
（4）某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫，打開彈簧夾后，發現水不能進入集氣瓶，原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；若仍用木炭代替紅磷，對該生的實驗方案應做的改進是：在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；故答案為：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；
（5）圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置，其實驗的操作步驟是：將少量紅磷平裝入試管中，將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，再將彈簧夾夾緊橡皮管；點燃酒精燈；撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；讀取注射器活塞的數據；圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約8mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密；故答案為：③①②④；8；圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密；
（6）圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量中，白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是：先下降后上升，先下降是因為開始時，氣體受熱膨脹，冷卻后再上升；若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為70mL，集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高；故答案為：先下降后上升；70；c；
分析：本題是測定氧氣在空氣中的體積分數的實驗探究，要把空氣中的氧氣消耗掉，在本實驗中用的是紅磷，紅磷在空氣中燃燒的現象：發黃光、放出熱量、冒出大量的白煙．本實驗還可以說明氮氣具有的化學性質有：不燃燒也不支持燃燒或不與紅磷反應；如果裝置內的部分空氣逸散出來，就會導致進入集氣瓶中水體積大于五分之一．某學生用木炭代替圖Ⅰ中的紅磷，當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻到室溫，打開彈簧夾后，發現水不能進入集氣瓶，原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，占了氧氣的空間；若仍用木炭代替紅磷，對該生的實驗方案應做的改進是：在集氣瓶中放一些氫氧化鈉溶液；圖Ⅱ是該興趣小組的測定空氣中氧氣含量的改進裝置，其實驗的操作步驟是：將少量紅磷平裝入試管中，將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，再將彈簧夾夾緊橡皮管；點燃酒精燈；撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾；讀取注射器活塞的數據．圖Ⅱ實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約8mL處才停止；對照圖Ⅱ實驗，圖Ⅰ不如圖Ⅱ嚴密；圖Ⅲ的測定空氣中氧氣含量中，白磷從燃燒到熄滅冷卻的過程中，瓶內水面的變化是：先下降后上升，先下降是因為開始時，氣體受熱膨脹，冷卻后再上升；若實驗非常成功，最終集氣瓶中水的體積約為70mL，集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高．
點評：本考點是測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗中要注意以下幾點：①裝置的嚴密性②所用藥品的量③生成物的狀態④讀數時要冷卻到原溫度等．要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考，從而得出正確的結論．本考點經常出現在選擇題、填空題和實驗題中．