Question

【題目】某化學研究小組在學習了“空氣中氧氣含量測定”實驗的基礎上，改進了教材中圖1的實驗，設計了圖2的實驗裝置。

（1）A組同學用圖1裝置進行實驗，紅磷燃燒的現(xiàn)象是_____。實驗后發(fā)現(xiàn)測得的氧氣體積分數(shù)偏小，原因可能是_____。（填標號）

①紅磷燃燒后，燃燒匙伸入不夠迅速

②集氣瓶沒有冷卻到室溫就打開止水夾

③紅磷的量太多

④實驗前集氣瓶里裝水

⑤裝置漏氣

⑥紅磷燃燒時，止水夾未夾緊

（2）B組同學用圖2所示裝置和藥品進行實驗，玻璃管容積V1為90mL，注射器的活塞實驗前停在30mL處（V2為30mL），操作正確，得出氧氣約占空氣體積的五分之一，則注射器活塞最終停留在_____mL處，實驗過程中，需緩慢推拉注射器活塞，目的是_____，若實驗結束且冷卻到室溫后沒有將氣球內的氣體全部擠出就讀數(shù)計算，則測量結果會_____（填“偏大”或“偏小”或“不影響”）。

（3）C組同學用圖1所示裝置，將藥品紅磷換為木炭測定空氣中氧氣含量，若實驗要成功則需將集氣瓶內的水換成_____（填試劑名稱）。該小組同學改用新方案進行實驗，但發(fā)現(xiàn)結果始終偏小。

（提出問題）是什么原因導致測量不準確？

（猜想與假設）他們分別作如下猜想：

甲同學：可能是木炭的量過少；

乙同學：可能是木炭燃燒沒有消耗完集氣瓶中的氧氣；

丙同學：可能是木炭與空氣反應生成了其他氣體。

（查閱資料）

木炭、棉花和蠟燭在密閉容器內燃燒停止后，殘留氧氣的體積分數(shù)分別高達14.0%，8.0%和16.0%。

（探究一）小組同學發(fā)現(xiàn)實驗結束后，燃燒匙中還有殘留的黑色固體，可知_____同學的猜想不成立。

（探究二）乙同學又利用上述裝置設計了如下實驗，請你填寫下表：

實驗步驟	實驗現(xiàn)象	實驗結論
①將足量木炭點燃，迅速插入裝有氧氣的集氣瓶中	木炭燃燒，發(fā)出白光，放熱	乙同學猜想成立
②待裝置冷卻后，將燃著的_____（填“棉花”或“蠟燭”）再伸入集氣瓶中	_____

（探究三）丙同學從木炭燃燒產物的角度猜想還可能是生成了_____（填化學式）導致結果偏小；于是用注射器抽取集氣瓶內的氣體做了如圖3所示的實驗，氣球的作用是_____，當觀察到d中_____（填實驗現(xiàn)象），可證明丙同學的猜想成立，則c中反應的化學方程式_____。

Answer 1

【答案】產生大量白煙，放出熱量 ②⑤ 6 使空氣中的氧氣與銅粉充分接觸反應 偏大 氫氧化鈉溶液 甲 棉花 棉花持續(xù)燃燒一段時間，沒有立即熄滅 CO 尾氣吸收，防止污染空氣 澄清石灰水變渾濁

【解析】

（1）A組同學用圖1裝置進行實驗，紅磷燃燒的現(xiàn)象是產生大量的白煙，放出熱量。①紅磷燃燒后，燃燒匙伸入不夠迅速，集氣瓶中部分空氣逸出，冷卻至室溫后，進入的水的體積偏大，會造成測得的氧氣體積分數(shù)偏大；②集氣瓶沒有冷卻到室溫就打開止水夾，集氣瓶內溫度較高，氣壓大，進入的水的體積偏小，會造成測得的氧氣體積分數(shù)偏��；③實驗中為了保證氧氣完全耗盡，紅磷需過量，紅磷的量太多，對實驗結果無影響；④實驗前集氣瓶里裝水，未裝水的部分分成五等份來計量氧氣的體積，裝水還能吸收五氧化二磷，吸收熱量，對實驗結果無影響；⑤裝置漏氣，會有部分空氣進入，造成氧氣的體積偏小；⑥紅磷燃燒時，止水夾未夾緊，集氣瓶中的空氣通過導管逸出，冷卻至室溫后，進入的水的體積偏大，會造成測得的氧氣體積分數(shù)偏大；綜上所述實驗后發(fā)現(xiàn)測得的氧氣體積分數(shù)偏小，原因可能是②⑤。

（2）由題意玻璃管容積V1為90mL，氧氣約占空氣體積的五分之一，則玻璃管內氧氣的體積約為，紅磷燃燒消耗了氧氣，注射器的活塞實驗前停在30mL處，注射器活塞最終停留在30mL -24mL =6mL處；實驗過程中，為了使空氣中的氧氣與銅粉充分接觸反應，需緩慢推拉注射器活塞；若實驗結束且冷卻到室溫后沒有將氣球內的氣體全部擠出就讀數(shù)計算，注射器內剩余氣體偏小，則測量結果會偏大。

（3）C組同學用圖1所示裝置，將藥品紅磷換為木炭測定空氣中氧氣含量，木炭與氧氣反應生成二氧化碳氣體，消耗氧氣同時生產二氧化碳，實驗不會成功，若實驗要成功則需將集氣瓶內的水換成氫氧化鈉溶液，因為氫氧化鈉與二氧化碳反應生成碳酸鈉和水，可以吸收生成的二氧化碳氣體，消除影響。該小組同學改用新方案進行實驗，但發(fā)現(xiàn)結果始終偏小。根據(jù)題干中的信息進行分析探究，則有：

探究一：燃燒匙中還有殘留的黑色固體，木炭沒有反應完，有剩余，由此可知甲同學的猜想不成立。

探究二是為了證明可能是木炭燃燒沒有消耗完集氣瓶中的氧氣，在已經做了木炭燃燒的收集氧氣的集氣瓶中放入燃著的棉花，若發(fā)現(xiàn)棉花能夠持續(xù)燃燒即可證明，由題意實驗步驟②為待裝置冷卻后，將燃著的棉花再伸入集氣瓶中，觀察到棉花持續(xù)燃燒的現(xiàn)象即可證明。

探究三：木炭在氧氣充足的情況下燃燒生成二氧化碳，在氧氣不足的情況下燃燒生成一氧化碳，因此從木炭燃燒產物的角度猜想還可能是生成了一氧化碳（化學式為CO）導致結果偏��；于是用注射器抽取集氣瓶內的氣體做了如圖3所示的實驗來驗證木炭與空氣中氧氣反應生成了一氧化碳，a裝置吸收二氧化碳你，b裝置吸收水分，利用c裝置和d裝置驗證存在一氧化碳，一氧化碳和氧化銅在加熱條件下反應生成銅和二氧化碳，二氧化碳進入d裝置的澄清石灰水中，氫氧化鈣與二氧化碳反應生成碳酸鈣沉淀和水，澄清石灰水變渾濁，即可證明；由于一氧化碳有毒，為了防止未反應的一氧化碳污染空氣，需要設計尾氣吸收裝置，因此裝置中氣球的作用是吸收尾氣，防止一氧化碳污染空氣；實驗觀察到d中澄清石灰水變渾濁可證明丙同學的猜想成立， c中一氧化碳和氧化銅在加熱條件下反應生成銅和二氧化碳，反應的化學方程式為。