Question

【题目】某化学研究小组在学习了“空气中氧气含量测定”实验的基础上，改进了教材中图1的实验，设计了图2的实验装置。

（1）A组同学用图1装置进行实验，红磷燃烧的现象是_____。实验后发现测得的氧气体积分数偏小，原因可能是_____。（填标号）

①红磷燃烧后，燃烧匙伸入不够迅速

②集气瓶没有冷却到室温就打开止水夹

③红磷的量太多

④实验前集气瓶里装水

⑤装置漏气

⑥红磷燃烧时，止水夹未夹紧

（2）B组同学用图2所示装置和药品进行实验，玻璃管容积V1为90mL，注射器的活塞实验前停在30mL处（V2为30mL），操作正确，得出氧气约占空气体积的五分之一，则注射器活塞最终停留在_____mL处，实验过程中，需缓慢推拉注射器活塞，目的是_____，若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算，则测量结果会_____（填“偏大”或“偏小”或“不影响”）。

（3）C组同学用图1所示装置，将药品红磷换为木炭测定空气中氧气含量，若实验要成功则需将集气瓶内的水换成_____（填试剂名称）。该小组同学改用新方案进行实验，但发现结果始终偏小。

（提出问题）是什么原因导致测量不准确？

（猜想与假设）他们分别作如下猜想：

甲同学：可能是木炭的量过少；

乙同学：可能是木炭燃烧没有消耗完集气瓶中的氧气；

丙同学：可能是木炭与空气反应生成了其他气体。

（查阅资料）

木炭、棉花和蜡烛在密闭容器内燃烧停止后，残留氧气的体积分数分别高达14.0%，8.0%和16.0%。

（探究一）小组同学发现实验结束后，燃烧匙中还有残留的黑色固体，可知_____同学的猜想不成立。

（探究二）乙同学又利用上述装置设计了如下实验，请你填写下表：

实验步骤	实验现象	实验结论
①将足量木炭点燃，迅速插入装有氧气的集气瓶中	木炭燃烧，发出白光，放热	乙同学猜想成立
②待装置冷却后，将燃着的_____（填“棉花”或“蜡烛”）再伸入集气瓶中	_____

（探究三）丙同学从木炭燃烧产物的角度猜想还可能是生成了_____（填化学式）导致结果偏小；于是用注射器抽取集气瓶内的气体做了如图3所示的实验，气球的作用是_____，当观察到d中_____（填实验现象），可证明丙同学的猜想成立，则c中反应的化学方程式_____。

Answer 1

【答案】产生大量白烟，放出热量 ②⑤ 6 使空气中的氧气与铜粉充分接触反应 偏大 氢氧化钠溶液 甲 棉花 棉花持续燃烧一段时间，没有立即熄灭 CO 尾气吸收，防止污染空气 澄清石灰水变浑浊

【解析】

（1）A组同学用图1装置进行实验，红磷燃烧的现象是产生大量的白烟，放出热量。①红磷燃烧后，燃烧匙伸入不够迅速，集气瓶中部分空气逸出，冷却至室温后，进入的水的体积偏大，会造成测得的氧气体积分数偏大；②集气瓶没有冷却到室温就打开止水夹，集气瓶内温度较高，气压大，进入的水的体积偏小，会造成测得的氧气体积分数偏小；③实验中为了保证氧气完全耗尽，红磷需过量，红磷的量太多，对实验结果无影响；④实验前集气瓶里装水，未装水的部分分成五等份来计量氧气的体积，装水还能吸收五氧化二磷，吸收热量，对实验结果无影响；⑤装置漏气，会有部分空气进入，造成氧气的体积偏小；⑥红磷燃烧时，止水夹未夹紧，集气瓶中的空气通过导管逸出，冷却至室温后，进入的水的体积偏大，会造成测得的氧气体积分数偏大；综上所述实验后发现测得的氧气体积分数偏小，原因可能是②⑤。

（2）由题意玻璃管容积V1为90mL，氧气约占空气体积的五分之一，则玻璃管内氧气的体积约为，红磷燃烧消耗了氧气，注射器的活塞实验前停在30mL处，注射器活塞最终停留在30mL -24mL =6mL处；实验过程中，为了使空气中的氧气与铜粉充分接触反应，需缓慢推拉注射器活塞；若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算，注射器内剩余气体偏小，则测量结果会偏大。

（3）C组同学用图1所示装置，将药品红磷换为木炭测定空气中氧气含量，木炭与氧气反应生成二氧化碳气体，消耗氧气同时生产二氧化碳，实验不会成功，若实验要成功则需将集气瓶内的水换成氢氧化钠溶液，因为氢氧化钠与二氧化碳反应生成碳酸钠和水，可以吸收生成的二氧化碳气体，消除影响。该小组同学改用新方案进行实验，但发现结果始终偏小。根据题干中的信息进行分析探究，则有：

探究一：燃烧匙中还有残留的黑色固体，木炭没有反应完，有剩余，由此可知甲同学的猜想不成立。

探究二是为了证明可能是木炭燃烧没有消耗完集气瓶中的氧气，在已经做了木炭燃烧的收集氧气的集气瓶中放入燃着的棉花，若发现棉花能够持续燃烧即可证明，由题意实验步骤②为待装置冷却后，将燃着的棉花再伸入集气瓶中，观察到棉花持续燃烧的现象即可证明。

探究三：木炭在氧气充足的情况下燃烧生成二氧化碳，在氧气不足的情况下燃烧生成一氧化碳，因此从木炭燃烧产物的角度猜想还可能是生成了一氧化碳（化学式为CO）导致结果偏小；于是用注射器抽取集气瓶内的气体做了如图3所示的实验来验证木炭与空气中氧气反应生成了一氧化碳，a装置吸收二氧化碳你，b装置吸收水分，利用c装置和d装置验证存在一氧化碳，一氧化碳和氧化铜在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，二氧化碳进入d装置的澄清石灰水中，氢氧化钙与二氧化碳反应生成碳酸钙沉淀和水，澄清石灰水变浑浊，即可证明；由于一氧化碳有毒，为了防止未反应的一氧化碳污染空气，需要设计尾气吸收装置，因此装置中气球的作用是吸收尾气，防止一氧化碳污染空气；实验观察到d中澄清石灰水变浑浊可证明丙同学的猜想成立， c中一氧化碳和氧化铜在加热条件下反应生成铜和二氧化碳，反应的化学方程式为。