Question

【題目】某化學研究小組在學習了“空氣中氧氣含量測定”實驗的基礎上，改進了教材中圖1的實驗，設計了圖2的實驗裝置。

（1）A組同學用圖1裝置進行實驗，紅磷燃燒的現象是_____。實驗后發現測得的氧氣體積分數偏小，原因可能是_____。（填標號）

①紅磷燃燒后，燃燒匙伸入不夠迅速

②集氣瓶沒有冷卻到室溫就打開止水夾

③紅磷的量太多

④實驗前集氣瓶里裝水

⑤裝置漏氣

⑥紅磷燃燒時，止水夾未夾緊

（2）B組同學用圖2所示裝置和藥品進行實驗，玻璃管容積V1為90mL，注射器的活塞實驗前停在30mL處（V2為30mL），操作正確，得出氧氣約占空氣體積的五分之一，則注射器活塞最終停留在_____mL處，實驗過程中，需緩慢推拉注射器活塞，目的是_____，若實驗結束且冷卻到室溫后沒有將氣球內的氣體全部擠出就讀數計算，則測量結果會_____（填“偏大”或“偏小”或“不影響”）。

（3）C組同學用圖1所示裝置，將藥品紅磷換為木炭測定空氣中氧氣含量，若實驗要成功則需將集氣瓶內的水換成_____（填試劑名稱）。該小組同學改用新方案進行實驗，但發現結果始終偏小。

（提出問題）是什么原因導致測量不準確？

（猜想與假設）他們分別作如下猜想：

甲同學：可能是木炭的量過少；

乙同學：可能是木炭燃燒沒有消耗完集氣瓶中的氧氣；

丙同學：可能是木炭與空氣反應生成了其他氣體。

（查閱資料）

木炭、棉花和蠟燭在密閉容器內燃燒停止后，殘留氧氣的體積分數分別高達14.0%，8.0%和16.0%。

（探究一）小組同學發現實驗結束后，燃燒匙中還有殘留的黑色固體，可知_____同學的猜想不成立。

（探究二）乙同學又利用上述裝置設計了如下實驗，請你填寫下表：

實驗步驟	實驗現象	實驗結論
①將足量木炭點燃，迅速插入裝有氧氣的集氣瓶中	木炭燃燒，發出白光，放熱	乙同學猜想成立
②待裝置冷卻后，將燃著的_____（填“棉花”或“蠟燭”）再伸入集氣瓶中	_____

（探究三）丙同學從木炭燃燒產物的角度猜想還可能是生成了_____（填化學式）導致結果偏小；于是用注射器抽取集氣瓶內的氣體做了如圖3所示的實驗，氣球的作用是_____，當觀察到d中_____（填實驗現象），可證明丙同學的猜想成立，則c中反應的化學方程式_____。

Answer 1

【答案】產生大量白煙，放出熱量 ②⑤ 6 使空氣中的氧氣與銅粉充分接觸反應 偏大 氫氧化鈉溶液 甲 棉花 棉花持續燃燒一段時間，沒有立即熄滅 CO 尾氣吸收，防止污染空氣 澄清石灰水變渾濁

【解析】

（1）A組同學用圖1裝置進行實驗，紅磷燃燒的現象是產生大量的白煙，放出熱量。①紅磷燃燒后，燃燒匙伸入不夠迅速，集氣瓶中部分空氣逸出，冷卻至室溫后，進入的水的體積偏大，會造成測得的氧氣體積分數偏大；②集氣瓶沒有冷卻到室溫就打開止水夾，集氣瓶內溫度較高，氣壓大，進入的水的體積偏小，會造成測得的氧氣體積分數偏小；③實驗中為了保證氧氣完全耗盡，紅磷需過量，紅磷的量太多，對實驗結果無影響；④實驗前集氣瓶里裝水，未裝水的部分分成五等份來計量氧氣的體積，裝水還能吸收五氧化二磷，吸收熱量，對實驗結果無影響；⑤裝置漏氣，會有部分空氣進入，造成氧氣的體積偏小；⑥紅磷燃燒時，止水夾未夾緊，集氣瓶中的空氣通過導管逸出，冷卻至室溫后，進入的水的體積偏大，會造成測得的氧氣體積分數偏大；綜上所述實驗后發現測得的氧氣體積分數偏小，原因可能是②⑤。

（2）由題意玻璃管容積V1為90mL，氧氣約占空氣體積的五分之一，則玻璃管內氧氣的體積約為，紅磷燃燒消耗了氧氣，注射器的活塞實驗前停在30mL處，注射器活塞最終停留在30mL -24mL =6mL處；實驗過程中，為了使空氣中的氧氣與銅粉充分接觸反應，需緩慢推拉注射器活塞；若實驗結束且冷卻到室溫后沒有將氣球內的氣體全部擠出就讀數計算，注射器內剩余氣體偏小，則測量結果會偏大。

（3）C組同學用圖1所示裝置，將藥品紅磷換為木炭測定空氣中氧氣含量，木炭與氧氣反應生成二氧化碳氣體，消耗氧氣同時生產二氧化碳，實驗不會成功，若實驗要成功則需將集氣瓶內的水換成氫氧化鈉溶液，因為氫氧化鈉與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，可以吸收生成的二氧化碳氣體，消除影響。該小組同學改用新方案進行實驗，但發現結果始終偏小。根據題干中的信息進行分析探究，則有：

探究一：燃燒匙中還有殘留的黑色固體，木炭沒有反應完，有剩余，由此可知甲同學的猜想不成立。

探究二是為了證明可能是木炭燃燒沒有消耗完集氣瓶中的氧氣，在已經做了木炭燃燒的收集氧氣的集氣瓶中放入燃著的棉花，若發現棉花能夠持續燃燒即可證明，由題意實驗步驟②為待裝置冷卻后，將燃著的棉花再伸入集氣瓶中，觀察到棉花持續燃燒的現象即可證明。

探究三：木炭在氧氣充足的情況下燃燒生成二氧化碳，在氧氣不足的情況下燃燒生成一氧化碳，因此從木炭燃燒產物的角度猜想還可能是生成了一氧化碳（化學式為CO）導致結果偏小；于是用注射器抽取集氣瓶內的氣體做了如圖3所示的實驗來驗證木炭與空氣中氧氣反應生成了一氧化碳，a裝置吸收二氧化碳你，b裝置吸收水分，利用c裝置和d裝置驗證存在一氧化碳，一氧化碳和氧化銅在加熱條件下反應生成銅和二氧化碳，二氧化碳進入d裝置的澄清石灰水中，氫氧化鈣與二氧化碳反應生成碳酸鈣沉淀和水，澄清石灰水變渾濁，即可證明；由于一氧化碳有毒，為了防止未反應的一氧化碳污染空氣，需要設計尾氣吸收裝置，因此裝置中氣球的作用是吸收尾氣，防止一氧化碳污染空氣；實驗觀察到d中澄清石灰水變渾濁可證明丙同學的猜想成立， c中一氧化碳和氧化銅在加熱條件下反應生成銅和二氧化碳，反應的化學方程式為。