Question

3．空氣中氧氣含量測定的再認識．
【經典賞析】教材中介紹拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（實驗裝置如圖1）．關于該實驗的說法正確的是BC（填字母）．
A．實驗過程中使用汞沒有污染                           B．該實驗必須在密閉容器中進行
C．生成的物質加熱后又能得到汞和氧氣             D．汞只消耗曲頸甑內的氧氣

【回歸課本】如圖2，集氣瓶內充滿空氣，燃燒匙內盛有紅磷，先關閉彈簧夾，點燃紅磷，使其充分反應后冷卻至室溫．寫出紅磷燃燒的文字表達式：紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，該反應的基本反應類型是化合反應．打開彈簧夾后出現的現象是燒杯中的水進入集氣瓶中，約占集氣瓶體積的1/5．
若按此方案進行實驗，測出的氧氣含量常常低于21%．
【提出問題】該方法為什么不能準確地測定空氣中氧氣的含量？
【進行猜想】
（1）紅磷的量不足；（2）氣密性不好（3）裝置內氧氣含量過低時，紅磷不能繼續燃燒…
【實驗總結】
（1）該實驗可推論出氮氣難（填“易”或“難”）溶于水和其化學性質不活潑的結論．
（2）請說出氮氣的一條用途．作保護氣
【交流與反思】
（1）許多物質燃燒的實驗中都要在集氣瓶底加少量水（如圖2、3），但它們的作用不同．那么硫在氧氣中燃燒的實驗中要在集氣瓶底加少量水作用是吸收生成的二氧化硫，防止污染空氣．鐵絲在氧氣中燃燒實驗中在集氣瓶底加少量水的作用是防止熔融的生成物濺落瓶底使瓶底炸裂．
（2）氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體，許多物質能在氧氣中發生反應．例如鐵絲在空氣中不能燃燒，但在氧氣中能燃燒，鐵絲在氧氣中燃燒的文字表達式：鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵．鐵絲在在氧氣中燃燒還要把鐵絲繞成螺旋狀并在頂端系一根火柴，系一根火柴的作用是引燃鐵絲．
【實驗改進】為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管口，通過導管與實際容積為60mL的注射器組成的實驗裝置（如圖4）．（提示：溫度達到40^oC時，白磷易著火燃燒，注射器潤滑性很好，活塞與管壁的摩擦忽略不計．）假設此實驗能按照小華的設想正常進行，且白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，請回答下列問題：
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置的氣密性良好．
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾，可觀察到注射器的活塞向左（填“左”、“右”，下同）移動8mL．
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，反應時可觀察到注射器的活塞先向右移動，再向移動12mL．

Answer 1

分析 【經典賞析】根據使用汞的優點進行分析解答；
【實驗回顧】根據磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷解答；
【進行猜想】根據本探究實驗一般要注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②所用藥品紅磷的量，必須是足量；③讀數時一定要冷卻到原溫度；④生成物的狀態一般要求是固態等．
【實驗總結】根據氮氣的性質和用途解答；
【交流與反思】根據鐵、硫燃燒的注意事項進行分析解答；
【實驗與交流】根據白磷的著火點比紅磷的著火點低解答；
【實驗改進】
在本實驗中用的是過量的白磷，燃燒后的生成物是固體，不需要占很大的空間．本實驗中用的是40mL的試管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器，并且活塞在20mL處，有助于反應結束后計算體積．要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數．還要注意防止試管受熱不均或氣體體積受熱膨脹過大，從而造成試管炸裂．

解答 解：
【經典賞析】
教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（實驗裝置如圖1）．該實驗中選擇使用汞的優點有在汞槽中起到液封作用；生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣；能將密閉裝置內空氣中的氧氣集合耗盡，故選BC；
【實驗回顧】磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，反應的文字表達式為：紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；該反應的基本反應類型是化合反應；打開彈簧夾后出現的現象是燒杯中的水進入集氣瓶中，約占集氣瓶體積的1/5；
【進行猜想】實驗中所取的紅磷不足（或實驗前沒有夾彈簧夾、實驗裝置可能未冷卻就打開彈簧夾等）；
【實驗總結】
（1）該實驗可推論出氮氣難溶于水和其化學性質不活潑的結論；
（2）氮氣的一條用途是用作保護氣；
【交流與反思】
（1）硫燃燒生成有毒的二氧化硫，硫在氧氣中燃燒的實驗中要在集氣瓶底加少量水作用是吸收生成的二氧化硫，防止污染空氣；鐵絲在氧氣中燃燒實驗中在集氣瓶底加少量水的作用是防止熔融的生成物濺落瓶底使瓶底炸裂；
（2）鐵絲在氧氣中燃燒的文字表達式：鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵；鐵絲在在氧氣中燃燒還要把鐵絲繞成螺旋狀并在頂端系一根火柴，系一根火柴的作用是：引燃鐵絲；
【實驗改進】
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置的氣密性良好；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時白磷燃燒消耗掉的只是試管內的氧氣為40mL×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞應停在20mL-8mL=12mL的刻度處；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷實際消耗掉的是試管40mL和注射器內20mL的氧氣為（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，反應時可觀察到注射器的活塞先向右移動，再向左移動，所以活塞應停在20mL-12mL=8mL的刻度處；
答案：
【經典賞析】BC．
【回歸課本】紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；化合反應．燒杯中的水進入集氣瓶中，約占集氣瓶體積的1/5．
【提出問題】該方法為什么不能準確地測定空氣中氧氣的含量？
【進行猜想】（1）紅磷的量不足；（2）氣密性不好；
（3）裝置內氧氣含量過低時，紅磷不能繼續燃燒…
【實驗總結】（1）難；不活潑．
（2）作保護氣．
【交流與反思】（1）吸收生成的二氧化硫，防止污染空氣．防止熔融的生成物濺落瓶底使瓶底炸裂．
（2）鐵+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$四氧化三鐵．引燃鐵絲．
【實驗改進】
（1）氣密性良好．
（2）左；12．
（3）右12．

點評 本考點是用紅磷測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據設計的步驟中不同的現象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．本考點主要出現在填空題和實驗題中．