Question

【題目】空氣中氧氣含量測定的再認識。

【經典賞析】拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分(裝置如圖1)，通過該實驗拉瓦錫得出了空氣是由氧氣和____________(填物質名稱)組成的，其中氧氣約占空氣總體積的1/5。

【實驗回顧】

(1)實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量(裝置如圖2)，興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于1/5。其原因可能是：裝置漏氣；紅磷量不足，裝置內氧氣有剩余；_______ ；…

(2)由于紅磷在空氣中點燃后才放入集氣瓶內，實驗缺陷：①測定結果不準確；②____________。

【提出問題】能否設計一套實驗裝置以解決上述缺陷？

【實驗改進】

改進一：興趣小組同學，設計了如圖3所示裝置：用一個100mL量筒倒扣在水中，使量筒內外液面均位于40mL處，量筒內浮著一個貼有銀片的小木塊，銀片上放有足量白磷，將整套裝置置于墊有_________(填儀器名稱)的鐵架臺的鐵圈上加熱。一會兒，白磷發生燃燒，量筒內液面上升，向燒杯內加水直至量筒內外液面相平，讀出此時液面所對刻度。

(3)放白磷的平板用銀做的原因是：銀的_____________(填物理性質)性好，易將白磷溫度升高，且化學性質穩定；

(4)最終，液面大約位于量筒刻度______mL處；白磷燃燒的文字表達式為_____________。

改進二：興趣小組同學又進行了大膽改進，設計圖4(選用容積為40mL的的試管作反應容器，注射器活塞初始位置為20mL處，注射器空間為20mL，活塞與內壁摩擦力及連接管空間容積忽略不計)實驗方案進行，收到了良好的效果。

(5)興趣小組同學裝配好圖4裝置，確認氣密性良好后，將彈簧夾松開，直接給足量的紅磷加熱，紅磷燃燒后，一開始活塞的運動方向為_____________，反應完全并冷卻后，注射器活塞最終將停留在約為_______mL(填整數)刻度處。

【交流反思】

(6)對照圖2，改進后的實驗裝置有何優點_____________(答一點即可)。

Answer 1

【答案】 氮氣 未等冷卻就打開彈簧夾 污染空氣 (合理答案皆可) 石棉網 導熱 32 磷+氧氣 五氧化二磷或磷+氧氣 五氧化二磷 向右移動 8 減少實驗誤差(不污染環境或便于讀數)(其他合理答案給分)

【解析】拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分，通過該實驗得出了空氣是由氧氣和氮氣組成的；(1) 紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量常常遠低于1/5，其原因可能是：裝置漏氣；紅磷量不足，裝置內氧氣有剩余，未等冷卻就打開彈簧夾； (2) 紅磷在空氣中生成五氧化二磷有毒并放出熱量，點燃后才放入集氣瓶內會趕走瓶內的一部分空氣，也會污染空氣；給燒杯加熱時必須墊石棉網；(3) 放白磷的平板用銀做的原因是利用銀的導熱性好，易將白磷溫度升高，且化學性質穩定；(4) 足量白磷燃燒會消耗完裝置內的氧氣并生成五氧化二磷，即氣體體積減少8 mL，故填：32，磷+氧氣 五氧化二磷；(5) 興趣小組同學裝配好儀器并確認氣密性良好后．第一組同學將彈簧夾夾緊橡皮管，給足量的紅磷加熱，燃燒結束待試管冷卻后松開彈簧夾，由于只消耗了試管內的氧氣，所以氧氣的體積是40mL的五分之一，為8mL，所以注射器活塞將從20mL刻度處前移到約為 12mL刻度處才停止．第二組同學將彈簧夾松開，直接給足量的紅磷加熱，由于反應放熱，所以紅磷燃燒后活塞運動方向為先向右，然后由于氧氣消耗，且溫度降低，所以活塞最后向左．由于裝置內氧氣均被消耗，所以氧氣的體積為60mL的五分之一，為12mL，所以反應完全并冷卻后，注射器活塞最終將停留在約為 8mL刻度處；(6) 對照圖2，改進后的實驗裝置優點：由于一直在密閉環境反應，所以不污染環境，由于注射器有刻度，所以變化讀數，所以有點有減少實驗誤差、不污染環境或便于讀數等。