Question

1．某化學研究性學習小組在學習了“空氣中氧氣含量測定”實驗的基礎上，改進了教材中的實驗，設計出如圖所示的實驗裝置．
【查閱資料】：
①白磷和紅磷組成元素相同．白磷燃燒所需的最低溫度是40℃，而紅磷需要240℃．
②紫色石蕊溶液是一種酸堿指示劑，酸性物質的溶液能使紫色石蕊溶液變紅．
【實驗步驟】：
①如圖所示連接儀器，檢查裝置的氣密性良好．
②在集氣瓶里裝入適量a體積的水，燃燒匙里放一塊白磷，在酒精燈上把玻璃棒下端加熱后，立刻將集氣瓶上的三孔膠塞塞緊．
③迅速將預熱過的玻璃棒按下與白磷接觸．觀察到白磷燃燒，產生大量白煙．
④待白磷燃燒完畢，將集氣瓶稍加振蕩，白煙消失．
⑤待集氣瓶完全冷卻至室溫，打開止水夾，量出集氣瓶中水的體積為b，整個集氣瓶的體積為c．
⑥根據a、b、c三個數據，計算出空氣中氧氣的體積分數．
根據以上實驗信息，回答下列有關問題：
（1）為了充分消耗容器中的氧氣，藥品中白磷的用量應保證先下降后上升．
（2）若實驗非常成功，請寫出a、b、c三個數據應滿足的一個等式關系c+4a=5b或[b-a=$\frac{1}{5}$（c-a）]．
（3）小組成員小張對“實驗前向集氣瓶內裝入適量a體積的水”不理解．咨詢組長小明后，他終于明白加入水的作用，其一是防止瓶內氣體受熱膨脹而外泄；其二是加快反應后瓶內氣體的冷卻速度．
（4）小組成員小紅無意間發現，向b體積水中滴加幾滴紫色石蕊溶液，溶液會變成紅色．請你對“變紅”現象的原因提出大膽地猜想可能是白磷燃燒生成的五氧化二磷溶于水，導致溶液顯酸性（或五氧化二磷與水反應生成酸）．
（5）①燃燒匙中所盛物質能否用木炭來替代否，理由是木炭燃燒生成二氧化碳是氣體，瓶內的壓強沒有明顯的改變．
②某位同學實驗后發現測定的氧氣含量低于21%的體積數，實驗中可能存在的原因（紅磷的量已經足量）：紅磷的量不足．裝置漏氣．

Answer 1

分析 （1）根據白磷燃燒時瓶內氣體體積的變化情況進行解釋；
（2）根據氧氣約占空氣體積的五分之一，結合圖中的體積關系分析解答即可；
（3）圍繞“白磷燃燒時集氣瓶內壓力增大過度，會使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出”這一因素進行分析；
（4）從使石蕊試液變紅色的溶液顯酸性的知識進行猜想；
（5）進行此實驗時，必須保證裝置的氣密性良好，紅磷足量，瓶子冷卻后再打開彈簧夾，否則會導致結果不準確．

解答 解：（1）白磷燃燒時會放出大量的熱，集氣瓶內空氣受熱體積膨脹，氣壓增大，使集氣瓶內的水沿玻璃管流入燒杯內；燃燒停止后，溫度下降，瓶內氣壓減小，燒杯中的水就會沿著玻璃管再流入集氣瓶內；故填：先下降后上升．
（2）由于氧氣約占空氣體積的五分之一，若實驗成功，a、b、c三個數據應滿足的一個等式關系是：（b-a）=（c-a）×$\frac{1}{5}$；即c+4a=5b；故填：c+4a=5b或[b-a=$\frac{1}{5}$（c-a）]．
（3）集氣瓶內預先裝入適量的水，使白磷燃燒時集氣瓶內氣壓不會過度增大，不至于使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出．
故填：防止瓶內氣體受熱膨脹而外泄；加快反應后瓶內氣體的冷卻速度．
（4）可能是白磷燃燒生成的五氧化二磷溶于水顯酸性，滴加幾滴紫色石蕊試液，會變紅．
故填：可能是白磷燃燒生成的五氧化二磷溶于水，導致溶液顯酸性（或五氧化二磷與水反應生成酸）．
（5）①使用木炭，由于碳燃燒生成的是二氧化碳氣體，壓強變化不大，故不能測得氧氣的含量，故答案為：否；木炭燃燒生成二氧化碳是氣體，瓶內的壓強沒有明顯的改變；
②進行此實驗時，必須保證裝置的氣密性良好，紅磷足量，瓶子冷卻后再打開彈簧夾，否則會導致測定的氧氣含量低于21%的體積數，故答案為：紅磷的量不足；裝置漏氣．

點評 空氣中氧氣含量的測定也是中考考查的一個熱點，重點考查實驗過程中看到的現象以及導致實驗結果偏大或偏小的原因．