Question

4．氧氣是一種重要的物質，某化學興趣小組同學設計了多組實驗裝置測定空氣中氧氣的含量
【常規(guī)測定】
如圖1所示的是小明用紅磷在空氣中燃燒來測定的方法．
（1）用化學式表示紅磷燃燒的化學反應：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，屬于化合（填“分解”或“化合”）反應．
（2）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積超過集氣瓶中原空氣總體積的1/5，你認為導致這一結果的原因可能是（寫一條）止水夾未夾緊（或瓶塞塞得太慢等）．
（3）上面的實驗同時證明了氮氣的化學性質有不可燃、不支持紅磷的燃燒、不與水反應等．（任寫一條）
【實驗改進】

小華同學經(jīng)過思考，沒有使用止水夾，設計出了如右圖所示的實驗裝置．
實驗過程：
①經(jīng)檢查，裝置的氣密性良好；
②在集氣瓶里裝進a體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（40℃時白磷即可燃燒），按圖2示裝置連接儀器，然后在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，玻璃棒的作用為引燃白磷；（注：集氣瓶內的長導管已接近瓶底）
③把預先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，現(xiàn)象為白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙（注：白磷與紅磷燃燒的產(chǎn)物、現(xiàn)象均相同）；
④待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c．
從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化現(xiàn)象是液面先下降再上升；
⑤根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)．已知c=60mL，a=10mL，b=19mL，得出結論，氧氣的體積分數(shù)為18%．
實驗反思：
①組內成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進a體積的水”非常不理解．咨詢了組長小明之后，他終于明白“a 體積的水”的作用，其一是為了加快⑤步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二主要是形成液封，防止氣體受熱膨脹從導管逸出．
②在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導致實驗最后產(chǎn)生的實際值小于理論值的是AC．
A．裝置氣密性不好
B．實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水
C．集氣瓶沒有冷卻到室溫
D．用紅磷代替白磷（紅磷的著火點在240℃左右）
【實驗拓展】
小軍同學對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖3所示 ），你認為改進后的優(yōu)點是：保護環(huán)境，防止大氣污染．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)紅磷和氧氣反應生成五氧化二磷進行分析；
（2）根據(jù)進入集氣瓶中水的體積超過集氣瓶中原空氣總體積的1/5，說明集氣瓶內除了減少了氧氣，也減少了其他氣體進行分析；
（3）根據(jù)過量的紅磷最后會熄滅，說明氮氣不具有助燃性進行分析；
實驗過程：根據(jù)白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)象：發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙，磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷；實驗前集氣瓶里要裝進適量a體積的水的作用是：形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內的氣體從長導管中向外逸散而影響實驗結果；從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空氣五等分，b=19mL進行分析；
實驗反思：①根據(jù)氣體受熱膨脹會逸出進行分析；
②根據(jù)導致實驗最后產(chǎn)生的實際值小于理論值，說明氧氣減少的量不足或者外界空氣進行了補充進行分析；
【實驗拓展】根據(jù)五氧化二磷會污染空氣進行分析．

解答 解：（1）紅磷和氧氣反應生成五氧化二磷，化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，該反應滿足化合反應多變一的條件，屬于化合反應；
（2）進入集氣瓶中水的體積超過集氣瓶中原空氣總體積的1/5，說明集氣瓶內除了減少了氧氣，也減少了其他氣體，所以導致這一結果的原因可能是：止水夾未夾緊（或瓶塞塞得太慢等）；
（3）過量的紅磷最后會熄滅，說明氮氣不具有助燃性等性質；
實驗過程：白磷在空氣中燃燒的現(xiàn)象：發(fā)黃光、放出熱量、冒出大量的白煙；
磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，從白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是先下降，后上升，因為開始時，燃燒放熱使氣體體積膨脹，冷卻后收縮，因此先下降，后上升；
根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)，已知C=60ml，a=10ml，a上面的空氣五等分，則b=19mL；因此氧氣的體積分數(shù)=$\frac{19mL-10mL}{60mL-10mL}$×100%=18%；
實驗反思：①實驗前集氣瓶里要裝進適量a體積的水的作用是：形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內的氣體從長導管中向外逸散而影響實驗結果；
②導致實驗最后產(chǎn)生的實際值小于理論值，說明氧氣減少的量不足或者外界空氣進行了補充，故選：AC；
【實驗拓展】五氧化二磷會污染空氣，所以改進后的優(yōu)點是：保護環(huán)境，防止大氣污染．
故答案為：（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，化合；
（2）止水夾未夾緊（或瓶塞塞得太慢等）；
（3）不可燃、不支持紅磷的燃燒、不與水反應等；
實驗過程：②引燃白磷；
③白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙；
④液面先下降再上升；
⑤18%；
實驗反思：①形成液封，防止氣體受熱膨脹從導管逸出；
②AC；
實驗拓展：保護環(huán)境，防止大氣污染．

點評 本考點是用白磷測定氧氣在空氣中的體積分數(shù)，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗要具體問題具體分析，根據(jù)設計的步驟中不同的現(xiàn)象去思考、去探究，從而回答題目給出的問題．