Question

【题目】小丽对家中的家用制氧机产生了浓厚的兴趣。她通过阅读说明书了解到家用制氧机的工作原理如下：

（加压时，装填在制氧机内部的分子筛吸附空气中的氮气，制取高浓度氧气。减压时，分子筛将所吸附的氮气排放。整个过程中，分子筛并不消耗。）

小丽用这台家用制氧机制取并收集了一袋气体，带到实验室对其进行研究。

实验I：小丽欲通过以下实验验证所收集的气体是否为纯净的氧气。

（实验记录）

实验步骤	实验现象	文字或化学式表达式
取一只250 mL的集气瓶，用排水法收集一瓶所带气体，然后把一小块燃着的木炭插入集气瓶中	木炭燃烧得更旺	表达式1

表中，表达式1是_____。

（实验结论）收集的气体是纯净的氧气。

（实验反思）老师指出上述实验并不能证明小丽所带来的气体一定是纯净的氧气。该实验不能证明所收集气体为纯净氧气的原因是_____。

实验II：测定小丽所带气体中氧气的含量。

同学们在老师的指导下设计了如下图所示装置，进行实验，并重复多次。

（250 mL 集气瓶）

（实验记录）

实验操作		主要实验现象	实验结论及解释
①	检查装置的气密性		装置的气密性良好
②	加入药品，将装置连接固定
③	打开止水夹a和b，向A中缓慢鼓入一定量气体后关闭止水夹a和b	A中水进入到B中，B中水的体积为200 mL。	收集200 mL气体（由压强差引起的误差忽略不计）
④	用凸透镜聚光引燃白磷	现象1
⑤	待白磷熄灭并冷却到室温， 打开止水夹b	现象2	小丽收集的气体不是纯净的氧气

表中，现象1是_____；现象2是_____。

（数据记录）

实验次序	1	2	3	4	5
B中剩余水体积/mL	100	42	39	41	38

（数据处理）已知，在上表数据中，第1组数据偏差较大，存在明显误差，在数据处理时应删去。小丽所带气体中氧气的体积分数为_____% 。（取平均值）

（实验反思）

（1）这台家用制氧机制氧气的过程发生的变化属于_____（填“物理变化”或“化学变化”）。

（2）导致第1组数据产生较大误差的可能原因是_____。

（3）气体压力传感器可用于检测密闭体系内的气压变化，并以数字、图像等多种形式形象地显示出来。某同学用压力传感器测出实验过程中集气瓶内气压-时间关系如图2所示。

问：①图2中BC段气压变化的原因是_____；

②导致DE段气压变化的实验操作是_____。

Answer 1

【答案】C+O2CO2 空气除氮气和氧气外还混有二氧化碳、稀有气体等其他物质 燃烧，产生大量白烟 B中部分水被吸入A中 80% 物理变化 白磷量不足（装置气密性不好等） 红磷燃烧放热，装置内压强变大 打开弹簧夹

【解析】

解：实验I：[实验记录] 木炭在氧气中充分燃烧，生成二氧化碳气体，故反应的化学式表达式为：C+O2CO2；

[实验反思]根据实验现象“木炭燃烧得更旺”可知，集气瓶中的氧气浓度很高，但不一定是纯净的氧气；

实验II：[实验记录] 结合空气中氧气含量的测定分析，由于白磷能与氧气反应，产生大量白烟，故反应后，集气瓶中因氧气的减少而使压强变小，待白磷熄灭并冷却到室温时，打开止水夹b，会看到B中部分水被吸入A中；

[数据处理]根据题意，由于第1组数据偏差较大，存在明显误差，故在数据处理时已删去；为了进一步缩小误差，可求出另外4次的平均值作为最终结果，则小丽所带气体中氧气的体积为200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=160mL，故氧气的体积分数=×100%=80%；

[实验反思]（1）根据题意可知，这台家用制氧机在制氧气的过程中，只是将空气中的氮气和氧气分离，而没有新物质生成，故发生的变化属于物理变化；

（2）根据题意可知，B中剩余的水越多，说明消耗的氧气越少，压强变化小，倒吸的水也就少，所以第1组数据较大，说明氧气没有被消耗完，最可能的情况就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧气；

（3）①图2中BC段气压变化的原因是红磷燃烧放热，导致集气瓶中的气体膨胀，气压增大；

②导致DE段气压变化的实验操作是打开弹簧夹，在外界大气压作用下，水进入集气瓶，随着水的进入，集气瓶中的气压逐渐增大。