12.某化學(xué)興趣小組對(duì)“空氣中氧氣含量的測(cè)定”展開探究.
【實(shí)驗(yàn)回顧】實(shí)驗(yàn)室常用紅磷燃燒的方法測(cè)定空氣中氧氣的含量(如圖1、圖2),紅磷燃燒的符號(hào)表達(dá)式為4P+5O
2$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P
2O
5.興趣小組用該方法測(cè)出的氧氣含量常常遠(yuǎn)低于21%.
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】甲同學(xué)認(rèn)為誤差主要是由實(shí)驗(yàn)裝置造成的,于是改用圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn).
(1)按圖2裝置實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)開始前應(yīng)先進(jìn)行的一步操作是檢查裝置氣密性.實(shí)驗(yàn)中燃燒匙內(nèi)盛放紅磷的量必須足量或過量.
(2)按圖3裝置實(shí)驗(yàn),點(diǎn)燃紅磷的方式不同于圖1,而是接通電源使電烙鐵發(fā)熱,點(diǎn)燃紅磷后,斷開電源.與圖2裝置相比,圖3裝置使用電烙鐵可以減小實(shí)驗(yàn)誤差,其原因是改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷,避免瓶?jī)?nèi)空氣外逸而而造成實(shí)驗(yàn)誤差.
【提出問題】在操作規(guī)范的情況下,用改進(jìn)后的裝置測(cè)得的氧氣含量約為14%.為什么測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值仍有較大差距呢?
【查閱資料】燃燒過程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7%時(shí),紅磷就無法繼續(xù)燃燒.引起本實(shí)驗(yàn)的誤差除裝置外,還與可燃物的性質(zhì)有關(guān).
【實(shí)驗(yàn)探究1】乙同學(xué)利用圖4裝置測(cè)定空氣中氧氣的含量.其中與集氣瓶相連的壓強(qiáng)傳感器等電子設(shè)備能將集氣瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)精確地記錄并保存下來.圖5是用該裝置測(cè)得的木炭在集氣瓶中燃燒的壓強(qiáng)-時(shí)間關(guān)系圖(該裝置氣密性良好,P
0是集氣瓶?jī)?nèi)初始?xì)鈮,P是反應(yīng)結(jié)束時(shí)恢復(fù)到室溫時(shí)集氣瓶?jī)?nèi)的氣壓).
(3)反應(yīng)開始時(shí)集氣瓶中壓強(qiáng)會(huì)瞬間變大(填“變大”、“變小”或“不變”),原因是木炭燃燒放熱,使瓶?jī)?nèi)溫度升高,壓強(qiáng)增大.
(4)根據(jù)圖5,木炭不可代替紅磷測(cè)定空氣中氧氣含量的原因是木炭燃燒雖消耗氧氣但生成二氧化碳,反應(yīng)前后瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)并未發(fā)生明顯變化.
【實(shí)驗(yàn)探究2】已知常溫下鐵與空氣中的氧氣、水反應(yīng)生成鐵銹(主要成分是Fe
2O
3),在有氯化鈉、炭粉存在條件下,反應(yīng)速度較快.丙同學(xué)根據(jù)鐵生銹的原理,探究用鐵能否準(zhǔn)確測(cè)定空氣中氧氣的含量,設(shè)計(jì)了圖6所示實(shí)驗(yàn)裝置,8分鐘后測(cè)得數(shù)據(jù)如下表:
實(shí)驗(yàn)前的體積 | 實(shí)驗(yàn)后的體積 |
集氣瓶?jī)?nèi)空氣 | 量筒內(nèi)水 | 量筒內(nèi)剩余水 |
262mL | 180.0mL | 127.2mL |
(5)丙同學(xué)將鐵粉、炭粉等物質(zhì)不是堆在瓶底,而是撒在浸潤(rùn)氯化鈉的濾紙條上再貼在廣口瓶?jī)?nèi)側(cè),其目的是增大反應(yīng)物之間的接觸面積.
(6)根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算空氣中的氧氣含量.(寫出計(jì)算過程,計(jì)算結(jié)果保留到0.1%)
【結(jié)論與反思】通過上述實(shí)驗(yàn)探究,選擇合適的物質(zhì)和實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn),可較為快速地完成實(shí)驗(yàn)并減小實(shí)驗(yàn)誤差.