Question

【題目】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	文字或化學式表達式
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	表達式1

表中，表達式1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下圖所示裝置，進行實驗，并重復多次。

（250 mL 集氣瓶）

（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	現象1
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫， 打開止水夾b	現象2	小麗收集的氣體不是純凈的氧氣

表中，現象1是_____；現象2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_____% 。（取平均值）

（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_____。

（3）氣體壓力傳感器可用于檢測密閉體系內的氣壓變化，并以數字、圖像等多種形式形象地顯示出來。某同學用壓力傳感器測出實驗過程中集氣瓶內氣壓-時間關系如圖2所示。

問：①圖2中BC段氣壓變化的原因是_____；

②導致DE段氣壓變化的實驗操作是_____。

Answer 1

【答案】C+O2CO2 空氣除氮氣和氧氣外還混有二氧化碳、稀有氣體等其他物質 燃燒，產生大量白煙 B中部分水被吸入A中 80% 物理變化 白磷量不足（裝置氣密性不好等） 紅磷燃燒放熱，裝置內壓強變大 打開彈簧夾

【解析】

解：實驗I：[實驗記錄] 木炭在氧氣中充分燃燒，生成二氧化碳氣體，故反應的化學式表達式為：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] 結合空氣中氧氣含量的測定分析，由于白磷能與氧氣反應，產生大量白煙，故反應后，集氣瓶中因氧氣的減少而使壓強變小，待白磷熄滅并冷卻到室溫時，打開止水夾b，會看到B中部分水被吸入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為200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=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，說明消耗的氧氣越少，壓強變化小，倒吸的水也就少，所以第1組數據較大，說明氧氣沒有被消耗完，最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣；

（3）①圖2中BC段氣壓變化的原因是紅磷燃燒放熱，導致集氣瓶中的氣體膨脹，氣壓增大；

②導致DE段氣壓變化的實驗操作是打開彈簧夾，在外界大氣壓作用下，水進入集氣瓶，隨著水的進入，集氣瓶中的氣壓逐漸增大。