Question

4．“空氣中氧氣含量的測定”有多種方法．甲生設(shè)計了如圖1如示的實驗方案：在燃燒匙內(nèi)盛過量紅磷，點燃后立即插入集氣瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞，待紅磷火焰熄滅，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾，水注入集氣瓶．回答下列問題：

（1）反應(yīng)結(jié)束后，打開鐵夾，水自動注入集氣瓶的直接原因是裝置內(nèi)的壓強小于外界的氣壓
（2）乙生也設(shè)計了一個如圖2所示的實驗方案，裝置和操作同甲類似，只不過用硫粉代替了紅磷，并增加了滴管．要使實驗成功，乙在滴管中應(yīng)加入氫氧化鈉溶液，可在反應(yīng)后滴入，用于吸收燃燒產(chǎn)物，寫出該溶液發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O．（提示：生成物是亞硫酸鈉和水．）
（3）丙生想利用氧氣和某種金屬的反應(yīng)，來測定空氣中的氧氣含量．他選擇利用下列儀器、藥品：
（4）①帶瓶塞的容積為V的燒瓶  ②電子天平（稱量精度為0.01克）
③酒精燈                     ④某種金屬粉末．
他的實驗步驟如下：準(zhǔn)確稱量某種金屬粉末的質(zhì)量M（足量），將其放入燒瓶，塞緊瓶塞，加熱一段時間后（設(shè)金屬不于其他氣體反應(yīng)），倒出燒瓶中粉末，并稱其質(zhì)量N（設(shè)氧氣的密度為ρ）．則氧含量為$\frac{N-M}{Vρ}$（用字母表示）

Answer 1

分析 （1）空氣成分的測定實驗的原理是利用某種物質(zhì)燃燒消耗空氣中某一成分，導(dǎo)致裝置內(nèi)的壓強減小，從而使等體積液體倒流進入裝置內(nèi)．液體倒流的直接原因是裝置內(nèi)外的壓強差，最根本的原因是物質(zhì)燃燒對氣體的消耗．這就要求生成物不能是氣體，而當(dāng)生成物為氣體時，我們就必須想辦法讓液體能夠和生成的氣體反應(yīng)或者溶解．
（2）乙同學(xué)實驗中生成二氧化硫氣體，借助二氧化硫的溶解性當(dāng)然可以實現(xiàn)目的，但是為了促進溶解進行，或者叫啟動反應(yīng)的發(fā)生，我們可以借助更快捷的反應(yīng)就是氫氧化鈉溶液來吸收二氧化硫，這樣水就能夠更迅速進入裝置內(nèi)去溶解二氧化硫．
（4）對于使用天平來測定，要學(xué)會倒推，知道質(zhì)量就可以根據(jù)密度求體積，所以要根據(jù)操作去分析實驗的思路和原理．

解答 解：（1）空氣成分的測定實驗的原理是利用某種物質(zhì)燃燒消耗空氣中某一成分，導(dǎo)致裝置內(nèi)的壓強減小，從而使等體積液體倒流進入裝置內(nèi)．液體倒流的直接原因是裝置內(nèi)外的壓強差，最根本的原因是物質(zhì)燃燒對氣體的消耗．這就要求生成物不能是氣體，而當(dāng)生成物為氣體時，我們就必須想辦法讓液體能夠和生成的氣體反應(yīng)或者溶解．
（2）乙同學(xué)實驗中生成二氧化硫氣體，借助二氧化硫的溶解性當(dāng)然可以實現(xiàn)目的，但是為了促進溶解進行，或者叫啟動反應(yīng)的發(fā)生，氫氧化鈉溶液來吸收二氧化硫，這樣水就能夠更迅速進入裝置內(nèi)去溶解二氧化硫．
（4）根據(jù)題目中給定的天平和燒瓶體積的信息，可以稱量金屬在反應(yīng)前后質(zhì)量的變化，從而計算消耗的氧氣的質(zhì)量，根據(jù)氧氣的密度求出氧氣的體積，從而求出空氣中氧氣的含量．則氧含量為：$\frac{N-M}{ρ}÷V$=$\frac{N-M}{Vρ}$；
故答案：
（1）裝置內(nèi)的壓強小于外界的氣壓；
（2）SO₂+2NaOH=Na₂SO₃+H₂O；
（4）$\frac{N-M}{Vρ}$．

點評 要在實驗改進中學(xué)會根據(jù)實驗的操作來研究實驗的思路，例如本題在天平上就要結(jié)合題目中提供的操作過程去猜想實驗思路．