Question

下面幾位同學是測量空氣中氧氣體積含量的四個實驗，請你參與他們的實驗探究：
[實驗一]小強采用A圖所示的裝置進行實驗：在由兩個注射器組成的密閉系統中留有25mL空氣，給裝有細銅絲的玻璃管加熱，同時緩慢推拉兩個注射器活塞，至玻璃管內的銅絲在較長時間內無進一步變化時停止加熱，待冷卻至室溫，將氣體全部推至一個注射器內，觀察密閉系統內空氣體積變化．
（1）在實驗加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器活塞的目的是________．
（2）該反應的化學反應表達式________，銅絲表面的變化是________．
（3）小強測得實驗結果如下：

反應前注射器內氣體總體積	反應后注射器內氣體總體積
25mL	22mL

由此數據可以推算出他測定的空氣中氧氣的體積分數________2l%（填“＞”、“=”、“＜”）．造成該實驗出現誤差的原因可能是________．（填序號，）
①沒有交替緩緩推動兩個注射器活塞；
②讀數時沒有冷卻至室溫；
③加入銅絲量太少；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[實驗二]：小紅采用B圖所示的裝置進行實驗：實驗過程如下：
第一步：將集氣瓶容積劃分為五等份，并做好標記．
第二步：用放大鏡點燃燃燒匙內的紅磷．
第三步：待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，發現水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的1/5．
請回答下列問題：
（1）集氣瓶中剩余的氣體主要是________，根據實驗推斷它的性質有________．
（2）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積小于總容積的，其原因可能是________，若進入集氣瓶中水的體積大于總容積的，其原因可能是________．
（3）紅磷燃燒的現象是________，化學反應表達式為________．
[實驗三]小華同學打算采用C圖所示的裝置進行實驗：設計如下方案：選用實際容積為25mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與注射器（注射器的容積為40ml，且潤滑性很好）相連，注射器的前沿停在20ml刻度處．（假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，保持空氣正常流動．）請回答下列問題：
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明________；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，試管冷卻后，再松開彈簧夾．可觀察到的現象為：________；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，試管冷卻．在實驗的過程中觀察到的現象為________，________，________．
（4）若按小華的設想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗．例如：________．
[實驗四]小明用圖D裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗，燃燒、冷卻后打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶體積的70%．

（1）如圖A儀器的名稱是________，
鎂帶燃燒的反應表達式為________、冷卻后打開止水夾，水能進入集氣瓶的原因是________．
（2）如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的________%．現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有________．

Answer 1

解：實驗一：交替緩慢推動兩個注射器活塞的目的是：使空氣中的氧氣充分反應；銅和氧氣在加熱的條件下生成氧化銅；現象是紅色變黑色；小強測得實驗結果：25mL-22mL=3mL，由此數據可以推算出他測定的空氣中氧氣的體積分數小于21%；造成該實驗出現誤差的原因可能是：加入銅絲量太少．故答案為：（1）使空氣中的氧氣充分反應；（2）Cu+O₂CuO；紅色變黑色；（3）＜；③；
實驗二：本實驗也體現了氮氣難溶于水，既不能燃燒，也不能支持燃燒的性質；進入集氣瓶中水的體積小于五分之一，有可能有以下幾點：裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數；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．磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，燃燒的現象是：發出黃光，放出熱量，冒出大量的白煙．故答案為：（1）氮氣；難溶于水，既不能燃燒，也不能支持燃燒；（2）裝置漏氣、紅磷的量不足；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；（3）發出黃光，放出熱量，冒出大量的白煙；P+O₂P₂O₅
實驗三：將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置嚴密；若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，試管冷卻后，再松開彈簧夾．可觀察到的現象為：注射器活塞在11mL刻度處；若不使用彈簧夾，在實驗的過程中觀察到的現象為：有大量的白煙冒出；注射器活塞先向右移動；試管冷卻后，注射器活塞最后向左移動．試管受熱不均勻而炸裂等，會造成實驗失敗．故答案為：（1）氣密性良好；（2）注射器活塞在11mL刻度處；（3）有大量的白煙冒出；注射器活塞先向右移動；試管冷卻后，注射器活塞最后向左移動；（4）試管受熱不均勻而炸裂等；
實驗四：燒杯可以盛放較多量的液體藥品：鎂和氧氣在點燃的條件下生成氧化鎂；冷卻后打開止水夾，水能進入集氣瓶的原因是：鎂與氧氣反應，集氣瓶內壓強減少，內外產生壓強差；如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%；現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有氮氣；故答案為：（1）燒杯；Mg+O₂MgO；鎂與氧氣反應，集氣瓶內壓強減少，內外產生壓強差；（2）21；氮氣；
分析：本題用銅絲、白磷或紅磷測定空氣中氧氣的含量，本探究實驗一般要注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②所用藥品銅絲、白磷或紅磷的量，必須是足量；③讀數時一定要冷卻到原溫度；④生成物的狀態一般要求是固態等．如果控制不好條件，進入集氣瓶中水體積會小于五分之一．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．符號表達式的書寫要正確，本實驗也體現了氮氣難溶于水，既不能燃燒，也不能支持燃燒的性質．
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．