Question

【题目】“空气中氧气体积分数的测定”再研究。

（重温教材）实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的最含量（装置如图），写出反应的文字表达式：_____。

理论上实验成功时的现象是打开止水夹后烧杯中水沿着导管进入集气瓶中，约占集气瓶总体积的_____。实际用该方法测出的氧气含量常常远低于理论值。

（提出问题）实验中装置内部的情况是怎样的，用红磷燃烧的方法为什么不能准确测定空气中氧气的含量？

（进行实验）查阅资料后，学习小组进行如下实验：

（1）将数显设备（电脑等）、三种传感器（压强、温度、O2浓度）、测量装置（反应容器为蒸馏水瓶）按下图所示进行连接。

（2）打开导管活塞，向烧杯内加入适量的水，双手紧贴蒸馏水瓶外壁，若_____，则说明装置气密性良好。

（3）打开瓶口橡皮塞，加水并调节使蒸馏水瓶和烧杯内液面相平、关闭活塞，打开并调试好传感器和数显设备，用酒精灯将足量红磷点燃，立即将燃烧匙伸入并塞进橡皮塞。

（4）燃烧结束后，装置冷却到室温，打开导管活塞，待瓶内液面不再上升后再向烧杯中加入一定量的水，使烧杯和瓶内液面相平。在数显设备上得到的曲线图（纵坐标为O2浓度，横坐标为时间，压强和温度曲线仅表示该段时间内对应的变化情况）如图所示。

（数据分析）

（1）压强曲线_____（填A、B、D、E）点表示红磷开始在集气瓶中燃烧。

（2）压强曲线CD段降低的原因是_____。

（3）压强曲线EF段略低于OA段是因为_____。

（实验结论）用红磷燃烧的方法不能准确测定空气中氧气含量的原因是_____。

（反思拓展）甲同学认为应该将蒸馏水瓶液面上的容积划分为5等分并加以标记，乙同学认为没有必要，理由是_____。

Answer 1

【答案】磷+氧气 五氧化二磷 五分之一 烧杯内有气泡产生，松手后，导管内上升一段液柱 A 随着反应进行，内部氧气被消耗，压强降低，同时温度开始下降，也造成内部压强下降 烧杯与蒸馏水瓶内中液面不相平 红磷过量，氧气被消耗到一定浓度下后，停止反应，氧气不能全部消耗完毕 实验中数显设备可以直接反应氧气体积含量

【解析】

重温教材：

磷与氧气点燃后反应生成五氧化二磷，文字表达式为：磷+氧气 五氧化二磷；实验结束后，冷却至室温，水被外界大气压压入瓶内，进入水的体积约占集气瓶的五分之一，所以氧气占空气体积五分之一；

进行实验：

（2）考查装置气密性检查方法与实验现象；若装置气密性良好，双手紧贴蒸馏水瓶外壁，内部温度升高，压强增大，气体被排出瓶外，烧杯内出现气泡，而后双手拿开，温度降低，压强降低，外部压强将水压入导管，形成一段液柱；

数据

（1）氧气在空气中体积分数为21%左右，只要曲线A初始值接近此数，故A表示氧气浓度。压强曲线A点表示红磷开始在集气瓶中燃烧；

（2）CD压力下降，一个是反应消耗内部氧气，压强下降，同时气体的温度也在下降，说明反应停止，不再放出热量，压强也下降；

（3）此时烧杯与蒸馏水瓶存在液面差，造成内部压力的不平衡，所以低于OA处；

实验结论：

根据上图测试数据可以看出，反应最后氧气仍有剩余，说明氧气浓度下降一定程度，红磷不在燃烧，氧气剩余，不能测试出准确结果；

反思拓展：

实验内采用了数显设备，记录氧气浓度变化，所以可以直接读取数据，不需要通过蒸馏水瓶内体积变化来判断。