Question

【題目】空氣中氧氣含量測定的再認識．

Ⅰ．（實驗回顧）如圖是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置．

（1）寫出紅磷燃燒的化學方程式________________，現象是_________．

（2）實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內氣壓減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量．

（問題提出）有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數低于7%時，紅磷就無法繼續燃燒，因此通過上述實驗，測置結果與理論值誤差較大．

Ⅱ．（實驗改進）

根據鐵在空氣中生銹的原理設計如圖實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹．測得實驗數據如表

測量項目	實驗前	實驗后
	燒杯中水的體積	燒杯中剩余水的體積	集氣瓶（扣除內容物）和導管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

（交流表達）

（1）鐵生銹過程發生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）2]，寫出該反應的化學方程式_________．

（2）根據表中數據計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是_____（計算結果精確到0.1%）．

（3）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更髙的原因是___________；（寫一條）

III．四硫化鈉（Na2S4）固體可替代紅磷測定空氣中氧氣的體積分數，反應原理為：2Na2S4+O2+2H2O═8S↓+4NaOH

（查閱資料）①Na2S4受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫．

②硫代硫酸鈉（Na2S2O3）可溶于水，常溫下與NaOH溶液不反應．

③NaOH溶液可吸收硫化氫和二氧化碳．

（實驗過程）

①取0.5g碳酸鈉、0.2g硫粉混合后置于試管中，加入（如圖①所示，夾持裝置已略去），制得Na2S4，反應為：4Na2CO3+12S+X2Na2S4+2Na2S2O3+4CO2，X的化學式為___________；

②冷卻后，取下棉花，放置一段時間，再向該試管中加入10mL水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩．測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h1（如圖②所示）；

③將該試管插入水中（如圖③所示），拔下橡膠塞，觀察到_________，塞緊橡膠塞．將試管取出，倒轉過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離h2，記錄數據h2．理論上h2：h1=___________；

④（反思與評價）實驗過程①中要塞氫氧化鈉溶液的棉花的原因是___________；若實驗過程②中，冷卻取下棉花后，未放置一段時間即進行后續操作，測定結果_________（填“偏大”、“偏小”或“無影響”），理由是：_______________．

Answer 1

【答案】 紅磷劇烈燃燒，產生大量白煙 20.2% 鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結果更準確;測量時考慮到導管容積和扣除內容物后的集氣瓶容積，使實驗結果更準確 O2 有淡黃色固體生成，水進入試管內，進入水的體積約為試管內空氣體積的五分之一 5：4 吸收生成的二氧化碳氣體和有毒的硫化氫氣體 偏小 試管內的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異

【解析】

Ⅰ．（1）磷燃燒生成五氧化二磷，此反應的化學方程式為：，現象為紅磷劇烈燃燒，產生大量白煙；

Ⅱ．交流表達：

（1）根據鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵，反應的化學方程式為：；

（2）根據反應前后燒杯內水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分數為：；

（3）使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實驗結果更準確，測量時考慮導管容積和扣除內容物后的集氣瓶的體積，使實驗結果更為準確；

故填：鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結果更準確;測量時考慮到導管容積和扣除內容物后的集氣瓶容積，使實驗結果更準確。

Ⅲ．實驗過程：①根據化學反應前后原子的種類和數目不變和，反應前鈉原子8個、碳原子4個、氧原子12個、硫原子12個；反應后鈉原子8個、碳原子4個、氧原子14個、硫原子12個，可知X的化學式為；

③四硫化鈉和氧氣、水反應生成淡黃色的硫和氫氧化鈉，會使得試管內壓強變小，將該試管插入水中（如圖3所示），拔下橡膠塞，觀察到有淡黃色固體生成，水進入試管內，進入水的體積約為試管內空氣體積的五分之一；空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一，將試管取出，倒轉過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據h2，理論上h2：h1=5：4；

④反思與評價：

二氧化碳和NaOH溶液反應生成碳酸鈉和水，受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性），所以蘸有濃NaOH溶液的棉花的作用是吸收生成的二氧化碳氣體和有毒的硫化氫氣體，若實驗過程②中，冷卻取下棉花后，未放置一段時間即進行后續操作，測定結果偏小，理由是：未放置一段時間會導致試管內的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異。