Question

【題目】小明在學習了空氣一課后，對空氣的組成測定實驗很感興趣，于是進行了以下一系列實驗探究。

【實驗復演】為測定空氣的組成，小明選用紅磷，按下圖甲所示的裝置，按課本上的實驗要求進行實驗，最后打開止水夾，他觀察到______________________________________，從而證實了空氣是一種混合物。在此實驗過程中發生反應的文字表達式為：_______________________________。

【實驗分析】然而，小明的實驗出現了誤差，仔細分析原因后發現，此實驗過程中，要注意以下幾點：①實驗前必須檢查裝置的氣密性；②紅磷必須足量；③點燃的紅磷必須迅速伸入集氣瓶；④______________________。之后，他又做了一次實驗，可結果還是有誤差，他發現是實驗裝置有問題，于是對裝置進行了改進。

【實驗改進】小明改用了下圖乙裝置進行實驗，步驟如下：

①連接裝置并檢查氣密性。

②在量筒內加入100毫升的水。

③在廣口瓶中加入少量水，使瓶內空氣體積為250毫升。

④在燃燒匙內放入足量的紅磷，塞緊瓶塞，關閉止水夾，接通電源使電烙鐵發熱，點燃紅磷后，斷開電源。

⑤燃燒結束并充分冷卻后，打開止水夾，待量筒內水面不再下降時，記錄量筒內水的體積為48毫升。

⑴ 與裝置甲相比，裝置乙可以減小實驗誤差，其原因是：① ____________；② __________。

⑵ 根據本實驗數據，計算出空氣中氧氣的體積分數為______________。

【實驗再思考】通過氧氣課題的學習，小明知道了硫粉在空氣中也能燃燒，消耗氧氣，因此用硫粉代替紅磷進行了上述實驗，但發現沒有倒吸現象，原因是_________________________________。結合鐵絲的燃燒，小明又迅速否認了用鐵絲代替紅磷的念頭，因為___________________________。所以，在選擇此實驗的反應物時，需要考慮全面。

【實驗延伸】通過硫粉與鐵絲在空氣及氧氣中燃燒的實驗，得出了“反應能否發生以及反應的劇烈程度與反應物的濃度有關”的結論。

如右圖所示是鐵絲在氧氣中燃燒的改進實驗，用適量雙氧水和二氧化錳代替原實驗中集氣瓶里的水。

①實驗中可觀察到非常明顯的實驗現象，其中能說明鐵絲燃燒是化學變化的現象 是__________，請寫出該反應的文字表達式：____________。

②用雙氧水和二氧化錳代替原集氣瓶里的水，其優點有：i．實驗更簡便；ii．_______________。

Answer 1

【答案】 燒杯中的水進入集氣瓶，但未全部充滿集氣瓶 磷+氧氣五氧化二磷 必須待紅磷熄滅并冷卻后才能打開止水 避免了點燃的紅磷伸入集氣瓶時空氣受熱逸出 避免了殘留在導管中的水引起的實驗誤差 20.8% 硫燃燒雖然消耗了氧氣但生成了二氧化硫氣體，集氣瓶內壓強幾乎不變 鐵絲在空氣中不能燃燒，無法消耗氧氣 生成黑色固體 鐵+氧氣四氧化三鐵 使鐵絲能夠持續燃燒

【解析】【實驗復演】紅磷燃燒耗盡了集氣瓶中的氧氣，冷卻至室溫后，裝置內的壓強小于外界大氣壓，打開止水夾后觀察到燒杯中的水會進入集氣瓶中，約占集氣瓶水面以上空氣體積的五分之一；磷與氧氣反應生成五氧化二磷，該反應的文字表達式：磷+氧氣五氧化二磷；【實驗分析】實驗操作中應注意的問題有：裝置氣密性要好；紅磷要足量；要冷卻到室溫再打開彈簧夾等；故④是：必須待紅磷熄滅并冷卻后才能打開止水；【實驗改進】(1) 與裝置甲相比，裝置乙中使用電烙鐵可以減小實驗誤差，其原因是：改進后的裝置無需打開瓶塞點燃紅磷，避免瓶內空氣外逸而而造成實驗誤差、避免了殘留在導管中的水引起的實驗誤差；(2) 根據本實驗數據，空氣中氧氣的體積分數==20.8%； 【實驗再思考】硫燃燒雖然消耗了氧氣但生成了二氧化硫氣體，集氣瓶內壓強幾乎不變；鐵絲在空氣中不能燃燒，無法消耗氧氣；【實驗延伸】①化學反應的特征是有新物質生成，能說明鐵絲燃燒是化學變化的現象是生成黑色固體；該反應的文字表達式：鐵+氧氣四氧化三鐵；②雙氧水和二氧化錳會產生氧氣。