Question

下面几位同学是测量空气中氧气体积含量的四个实验，请你参与他们的实验探究：
[实验一]小强采用A图所示的装置进行实验：在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推拉两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化．
（1）在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是________．
（2）该反应的化学反应表达式________，铜丝表面的变化是________．
（3）小强测得实验结果如下：

反应前注射器内气体总体积	反应后注射器内气体总体积
25mL	22mL

由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数________2l%（填“＞”、“=”、“＜”）．造成该实验出现误差的原因可能是________．（填序号，）
①没有交替缓缓推动两个注射器活塞；
②读数时没有冷却至室温；
③加入铜丝量太少；　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
[实验二]：小红采用B图所示的装置进行实验：实验过程如下：
第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记．
第二步：用放大镜点燃燃烧匙内的红磷．
第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5．
请回答下列问题：
（1）集气瓶中剩余的气体主要是________，根据实验推断它的性质有________．
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积小于总容积的，其原因可能是________，若进入集气瓶中水的体积大于总容积的，其原因可能是________．
（3）红磷燃烧的现象是________，化学反应表达式为________．
[实验三]小华同学打算采用C图所示的装置进行实验：设计如下方案：选用实际容积为25mL的试管作为反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与注射器（注射器的容积为40ml，且润滑性很好）相连，注射器的前沿停在20ml刻度处．（假设此实验能够按照小华的设想正常进行，白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，且两个容器间的导管足够粗，保持空气正常流动．）请回答下列问题：
（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明________；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，试管冷却后，再松开弹簧夹．可观察到的现象为：________；
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，试管冷却．在实验的过程中观察到的现象为________，________，________．
（4）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．例如：________．
[实验四]小明用图D装置进行镁条在空气中燃烧的实验，燃烧、冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶体积的70%．

（1）如图A仪器的名称是________，
镁带燃烧的反应表达式为________、冷却后打开止水夹，水能进入集气瓶的原因是________．
（2）如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的________%．现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出减少的气体中有________．

Answer 1

解：实验一：交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是：使空气中的氧气充分反应；铜和氧气在加热的条件下生成氧化铜；现象是红色变黑色；小强测得实验结果：25mL-22mL=3mL，由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数小于21%；造成该实验出现误差的原因可能是：加入铜丝量太少．故答案为：（1）使空气中的氧气充分反应；（2）Cu+O₂CuO；红色变黑色；（3）＜；③；
实验二：本实验也体现了氮气难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质；进入集气瓶中水的体积小于五分之一，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数；如果进入集气瓶中水的体积大于五分之一，就说明操作太慢，致使装置内的部分空气逸散出来．磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，燃烧的现象是：发出黄光，放出热量，冒出大量的白烟．故答案为：（1）氮气；难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧；（2）装置漏气、红磷的量不足；装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一；（3）发出黄光，放出热量，冒出大量的白烟；P+O₂P₂O₅
实验三：将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置严密；若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，试管冷却后，再松开弹簧夹．可观察到的现象为：注射器活塞在11mL刻度处；若不使用弹簧夹，在实验的过程中观察到的现象为：有大量的白烟冒出；注射器活塞先向右移动；试管冷却后，注射器活塞最后向左移动．试管受热不均匀而炸裂等，会造成实验失败．故答案为：（1）气密性良好；（2）注射器活塞在11mL刻度处；（3）有大量的白烟冒出；注射器活塞先向右移动；试管冷却后，注射器活塞最后向左移动；（4）试管受热不均匀而炸裂等；
实验四：烧杯可以盛放较多量的液体药品：镁和氧气在点燃的条件下生成氧化镁；冷却后打开止水夹，水能进入集气瓶的原因是：镁与氧气反应，集气瓶内压强减少，内外产生压强差；如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的21%；现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出减少的气体中有氮气；故答案为：（1）烧杯；Mg+O₂MgO；镁与氧气反应，集气瓶内压强减少，内外产生压强差；（2）21；氮气；
分析：本题用铜丝、白磷或红磷测定空气中氧气的含量，本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品铜丝、白磷或红磷的量，必须是足量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等．如果控制不好条件，进入集气瓶中水体积会小于五分之一．如果装置内的部分空气逸散出来，就会导致进入集气瓶中水体积大于五分之一．符号表达式的书写要正确，本实验也体现了氮气难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧的性质．
点评：本考点是测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验中要注意以下几点：①装置的严密性②所用药品的量③生成物的状态④读数时要冷却到原温度等．要具体问题具体分析，根据设计的步骤中不同的现象去思考，从而得出正确的结论．本考点经常出现在选择题、填空题和实验题中．