Question

某化學學習小組借助下列裝置（夾持裝置已略）及相關試劑粗略測量空氣 中O₂的體積百分數．
（1）實驗前用堿液清洗鐵釘，再用0.100mol/L的 H₂SO₄溶液浸泡至有氣泡產生．用H₂SO₄溶液浸泡的目 的是

 

．
（2）為盡量減小誤差，下列操作的正確順序是

 

（填序號）．
①裝人鐵釘②插入注射器向鐵釘表面滴入適量 NaCl溶液并打開止水夾③將導管口浸入品紅溶液④塞 上單孔活塞⑤檢查裝置氣密性
（3）實驗中試管內發生的總反應為

 

；用該實驗方案測量空氣中O₂的體積百分數時應測量的數據是：①導管與試管內部空間總體積，②

 

．
（4）實驗時發現上述測量過程因反應較慢耗時較長，對其影響因素作如下分析，請補充 寫出假設三：
假設一：電解質溶液的PH
假設二_： NaCl溶液的濃度

 

假設三：
（5）借助上述實驗裝置，通過調節溶液的pH驗證假設一，獲得了如下實驗數據：

pH	2.0	5.5	6.0	6.5	7.0	8.0
液柱高度	0cm	1.3cm	8.5cm	8.4cm	8.5cm	8.5cm
形成穩定液柱時間	3.0min	3.1 min	5.1 min	5.3 min	15.6 min	17.5 min

①當pH=2時，沒有觀察到穩定液柱形成的原因是

 

②根據實驗數據分析，為縮短實驗測定時間，pH的最佳范圍是

 

③按上述實驗裝置，設計實驗證明假設二．
第一步：

 

；
第二步_：

 

，分別用注射器將NaCl溶液滴入鐵釘表面；
第三步：記錄形成穩定液柱所用時間和液柱的高度，比較分析數據得出結論．

Answer 1

分析：（1）用H₂SO₄溶液除去鐵釘表面鐵銹，有利于鐵與氯化鈉溶液發生吸氧腐蝕；
（2）按照先檢查裝置氣密性，再裝入鐵釘、塞上單孔活塞、將導管口浸入品紅溶液、注入氯化鈉溶液，打開止水夾的順序進行試驗．
（3）鐵的吸氧腐蝕的化學方程式；根據實驗目的，需要知道進行所以用到的空氣的總體積和氧氣體積；
（4）根據影響化學反應速率元素進行分析；
（5）①根據鐵的析氫腐蝕分析；
②根據表中數據如液柱高度、形成穩定液柱時間選擇最佳PH范圍；
③目的是測定最佳NaCl溶液的濃度，需要配制不同的氯化鈉溶液，其他條件必須完全相同．

解答：解：（1）用H₂SO₄溶液浸泡的目的是除去鐵釘表明的鐵銹，故答案為：除去鐵釘表明的鐵銹；
（2）實驗操作順序是：檢查裝置氣密性，再裝入鐵釘、塞上單孔活塞、將導管口浸入品紅溶液、注入氯化鈉溶液，打開止水夾，故答案為：⑤①④③②；
（3）實驗中試管內發生了鐵的吸氧腐蝕，反應方程式是：4Fe+3O₂+6H₂O═4Fe（OH）₃；實驗目的是粗略測量空氣中O₂的體積百分數，需要知道用于實驗的空氣體積及空氣中含有的氧氣，即：①導管與試管內部空間總體積，②吸入導管內品紅溶液體積，
故答案為：4Fe+3O₂+6H₂O═4Fe（OH）₃；吸入導管內品紅溶液體積；
（4）鐵釘表面積大小影響反應速率、溫度高低影響反應速率，故答案為：鐵釘（固體）表面積（溫度、催化劑等）；
（5）①由于在酸性較強條件下，鐵容易發生析氫腐蝕，沒有消耗空氣中的氧氣，故答案為：溶液酸性太強，鐵釘主要發生析氫腐蝕；
②由表中數據可知，6.0≤PH≤6.5時，反應需要時間最短，液柱高度較高，故答案為：6.0≤PH≤6.5；
③要測定氯化鈉濃度對反應時間的影響，需要配制不同的氯化鈉溶液，還要滿足溫度相同、鐵釘的表面積相同、反應裝置相同等，
故答案為：配制不同濃度的氯化鈉溶液；相同溫度下，加入相同表面積的鐵釘，組裝兩套完全相同的上述裝置（或相同的條件下）．

點評：本題考查了粗略測量空氣中O₂的體積百分數方法，涉及內容較多，注意認真分析題中信息，明確實驗方案，本題難度中等．