Question

小亮發現：收集的氧氣占集氣瓶容積的60%（空氣占40%）時，能使帶火星的木條復燃．那么，使帶火星的木條復燃的氧氣濃度的最低值是多少呢？小亮對此展開探究：
第一組實驗：取5只集氣瓶，編號為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總容積10%、20%、30%、40%、50%的水．用排水法收集氧氣，恰好把5只集氣瓶中的水排去．將帶火星的木條依次插入①～⑤號瓶中，記錄實驗現象．
小亮在前一組實驗的基礎上又做了第二組和第三組實驗，三組實驗的數據和現象見下表．

	第一組					第二組					第三組
集氣瓶編號	①	②	③	④	⑤	①	②	③	④	⑤	①
收集的O2占容積的體積分數（%）	10	20	30	40	50	31	33	35	37	39	34
帶火星木條的狀況	微亮	亮	很亮	復燃	復燃	很亮	很亮	復燃	復燃	復燃	很亮

請根據實驗回答下列問題：
（1）寫出一個實驗室制取氧氣的化學方程式

 

；
（2）使用帶火星的木條驗滿氧氣的方法是否可靠：

 

（填“是”或“否”）；
（3）集氣瓶中氧氣的體積分數=收集的氧氣占容積的體積分數+瓶中空氣占容積的體積分數×

 

%；
（4）收集的氧氣占容積的體積分數最低為

 

%時，可使帶火星的木條復燃，這時集氣瓶中氧氣分數是

 

%（計算結果保留整數）；
（5）用帶火星的木條直接檢驗雙氧水受熱分解產生的氧氣，往往難以復燃，這是因為在加熱生成氧氣同時產生大量水蒸汽，此時混合氣體中氧氣的體積分數隨溫度變化的曲線如圖所示．若只考慮氧氣的體積分數對實驗結果的影響，欲使帶火星的木條復燃，應將加熱雙氧水的最高溫度控制在

 

℃；
（6）采取“半值法”探究能減少實驗次數．例如：第一組實驗若按③、④的編號順序進行實驗，即可確定下一組實驗收集的氧氣占容積的體積分數應在30%～40%之間，從而省去編號為①、②、⑤的實驗．同理，第二組實驗可以省去的實驗編號為

 

．

Answer 1

分析：本題通過實驗探究了能使帶火星的木條復燃的氧氣含量的最低值問題，針對此問題，設計了幾組氧氣含量不同的對照實驗．通過實驗可以看出，不是純凈的氧氣，帶火星的木條也可以復燃；分析表格可發現收集的氧氣占容積的體積分數最低為35%時木條就可復燃，根據空氣中原有的氧氣和收集到的氧氣，就可算出氧氣的分數；“半值法”的應用可以減少實驗的次數，節約時間，確定時采用的一般是中間值．

解答：解：（1）2H₂O₂

MnO2  .

O₂↑+2H₂O．
（2）通過實驗可以看出，氧氣含量達到35%帶火星的木條就可以復燃，所以用帶火星的木條驗滿氧氣的方法不可靠，所以本題答案為：否，
（3）集氣瓶中氧氣的體積分數=收集的氧氣占容積的體積分數+瓶中空氣占容積的體積分數×空氣中氧氣的體積分數．故填：21
（4）由圖中可知，當氧氣的體積分數達到35%時，帶火星的木條復燃．故填：35；此時空氣還占65%，所以空氣中有氧氣的量為：65%×21%≈14%，所以此時瓶內共有氧氣的分數為：14%+35%=49%，若用氧氣占空氣體積的五分之一計算，則結果為48%，所以本題答案為：35，48或49；
（5）只考慮氧氣的體積分數對實驗結果的影響，欲使帶火星的木條復燃，則氧氣的含量需要在48%～49%，分析坐標，可知道溫度大約在82°左右；
（6）采取“半值法”探究能減少實驗次數，實際上就是通過實驗數據的分析，減少不必要的實驗，第二組實驗若按②、③的編號順序進行實驗，即可確定下一組實驗收集的氧氣占容積的體積分數應在33%～35%之間，從而省去編號①、④、⑤的實驗，所以本題答案為：①④⑤．

故答案為：（1）2H₂O₂

MnO2  .

O₂↑+2H₂O（其他合理答案均給分）
（2）否   
（3）21    
（4）35；49
（5）82（81～84之間均給分）    
（6）①、④、⑤

點評：設計實驗時，要明確實驗的目的，要注意控制一些變量，本題還采用了“半值法”，從而可減少實驗的次數，減少實驗的過程．