Question

【題目】空氣中氧氣含量測定的再認識．

Ⅰ．（實驗回顧）如圖是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置．

（1）寫出紅磷燃燒的化學方程式________________，現(xiàn)象是_________．

（2）實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)氣壓減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶．若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量．

（問題提出）有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數(shù)低于7%時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實驗，測置結(jié)果與理論值誤差較大．

Ⅱ．（實驗改進）

根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設計如圖實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹．測得實驗數(shù)據(jù)如表

測量項目	實驗前	實驗后
	燒杯中水的體積	燒杯中剩余水的體積	集氣瓶（扣除內(nèi)容物）和導管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

（交流表達）

（1）鐵生銹過程發(fā)生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）2]，寫出該反應的化學方程式_________．

（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是_____（計算結(jié)果精確到0.1%）．

（3）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確度更髙的原因是___________；（寫一條）

III．四硫化鈉（Na2S4）固體可替代紅磷測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，反應原理為：2Na2S4+O2+2H2O═8S↓+4NaOH

（查閱資料）①Na2S4受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫．

②硫代硫酸鈉（Na2S2O3）可溶于水，常溫下與NaOH溶液不反應．

③NaOH溶液可吸收硫化氫和二氧化碳．

（實驗過程）

①取0.5g碳酸鈉、0.2g硫粉混合后置于試管中，加入（如圖①所示，夾持裝置已略去），制得Na2S4，反應為：4Na2CO3+12S+X2Na2S4+2Na2S2O3+4CO2，X的化學式為___________；

②冷卻后，取下棉花，放置一段時間，再向該試管中加入10mL水，迅速塞緊橡膠塞，充分振蕩．測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h1（如圖②所示）；

③將該試管插入水中（如圖③所示），拔下橡膠塞，觀察到_________，塞緊橡膠塞．將試管取出，倒轉(zhuǎn)過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離h2，記錄數(shù)據(jù)h2．理論上h2：h1=___________；

④（反思與評價）實驗過程①中要塞氫氧化鈉溶液的棉花的原因是___________；若實驗過程②中，冷卻取下棉花后，未放置一段時間即進行后續(xù)操作，測定結(jié)果_________（填“偏大”、“偏小”或“無影響”），理由是：_______________．

Answer 1

【答案】 紅磷劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙 20.2% 鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確;測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確 O2 有淡黃色固體生成，水進入試管內(nèi)，進入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一 5：4 吸收生成的二氧化碳氣體和有毒的硫化氫氣體 偏小 試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異

【解析】

Ⅰ．（1）磷燃燒生成五氧化二磷，此反應的化學方程式為：，現(xiàn)象為紅磷劇烈燃燒，產(chǎn)生大量白煙；

Ⅱ．交流表達：

（1）根據(jù)鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵，反應的化學方程式為：；

（2）根據(jù)反應前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分數(shù)為：；

（3）使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實驗結(jié)果更準確，測量時考慮導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實驗結(jié)果更為準確；

故填：鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確;測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確。

Ⅲ．實驗過程：①根據(jù)化學反應前后原子的種類和數(shù)目不變和，反應前鈉原子8個、碳原子4個、氧原子12個、硫原子12個；反應后鈉原子8個、碳原子4個、氧原子14個、硫原子12個，可知X的化學式為；

③四硫化鈉和氧氣、水反應生成淡黃色的硫和氫氧化鈉，會使得試管內(nèi)壓強變小，將該試管插入水中（如圖3所示），拔下橡膠塞，觀察到有淡黃色固體生成，水進入試管內(nèi)，進入水的體積約為試管內(nèi)空氣體積的五分之一；空氣中氧氣約占空氣體積的五分之一，將試管取出，倒轉(zhuǎn)過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h2，理論上h2：h1=5：4；

④反思與評價：

二氧化碳和NaOH溶液反應生成碳酸鈉和水，受熱時，會與空氣中的水蒸氣反應，生成少量有毒氣體硫化氫（水溶液呈酸性），所以蘸有濃NaOH溶液的棉花的作用是吸收生成的二氧化碳氣體和有毒的硫化氫氣體，若實驗過程②中，冷卻取下棉花后，未放置一段時間即進行后續(xù)操作，測定結(jié)果偏小，理由是：未放置一段時間會導致試管內(nèi)的空氣成分與外邊的空氣成分可能有差異。