Question

4．空气中氧气含量测定的再认识．
【实验回顾】图1是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置．

（1）写出红磷燃烧的化学方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内气压减小，烧杯中水倒吸到集气瓶．若装置的气密性良好，操作规范，用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量．
（3）①上面的实验同时证明了氮气有不能支持燃烧，且不和磷反应的化学性质；
②实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到集气瓶中原空气体积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因可能是红磷的量不足；或装置气密性不好；或装置未冷却到室温就打开弹簧夹（写一条）
③上述实验中红磷不能用木炭代替，原因是木炭燃烧生成的二氧化碳与消耗的氧气体积相等，实验前后集气瓶内压强不变，故不能用木炭代替红磷；
【问题提出】
有实验资料表明：燃烧过程中当氧气体积分数低于7%时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大．
【实验改进】
Ⅰ．根据铁在空气中生锈的原理（铁与空气中的氧气、水蒸气等发生化学反应的过程）设计图2实验装置，再次测定空气中氧气含量．装置中饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈．
Ⅱ．测得实验数据如表

测量项目	实验前	实验后
	烧杯中水的体积	烧杯中剩余水的体积	集气瓶（扣除内容物）和导管的容积
体积/ml	80.0	54.5	126.0

【表达交流】
（1）铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）₂]，写出该反应的化学方程式2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
（2）根据表中数据计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是20.2%（计算结果精确到0.1%）．
（3）从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更髙的原因：（写出其中一个原因）
①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确；
②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确．

Answer 1

分析 【实验回顾】（1）根据磷燃烧生成五氧化二磷；
（2）红磷燃烧消耗氧气，使瓶内的气压变小；
（3）根据进入广口瓶中水的体积和红磷燃烧的情况进行解答；要围绕偏低的各种可能进行分析；木炭燃烧生成二氧化碳；
【表达交流】
（1）根据化学方程式的写法来分析；
（2）根据表格的数据来分析；
（3）根据铁生锈的知识进行分析解答即可．

解答 解：【实验回顾】（1）红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．故答案为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）红磷燃烧消耗氧气，使瓶内的气压变小，水倒吸，故填：气压；
（3）①红磷没有充分燃烧，反应后剩余，可以判断氮气不能支持燃烧，且不和磷反应．故答案为：不能支持燃烧，且不和磷反应；
②要考虑药品的量可能不足造成没有将氧气完全消耗，同时要考虑装置在药品的量足够的情况下因为气密性不好，导致液体不能等体积进入而引起结果偏低．故答案为：红磷的量不足；或装置气密性不好；或装置未冷却到室温就打开弹簧夹；
③因为木炭燃烧生成二氧化碳气体，集气瓶内的气体没有减少，不能测定空气中氧气的含量，所以实验中不能用木炭代替红磷．
故填：木炭燃烧生成的二氧化碳与消耗的氧气体积相等，实验前后集气瓶内压强不变，故不能用木炭代替红磷；
【交流表达】（1）铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe（OH）₂]，故填：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
（2）根据反应前后烧杯内水的体积变化可以看出，消耗的氧气的体积是：80-54.5=25.5mL，故氧气的体积分数为：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%，故填：20.2%；
（3）使用铁的缓慢氧化消耗氧气，使氧气消耗的更为彻底，实验结果更准确，测量时考虑导管容积和扣除内容物后的集气瓶的体积，使实验结果更为准确，故填：①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确；②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确；③能把氧气全部消耗尽；④不会因氧气含量减少而致反应中途停止；⑤反应在常温下进行，反应过程中不会因需要点燃而拆开装置，导致实验误差．

点评 本题考查的是氧气的含量的测定以及实验装置的改进，完成此题，可以依据已有的知识进行．