Question

【題目】“空氣中氧氣體積分數(shù)的測定”再研究。

（重溫教材）實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的最含量（裝置如圖），寫出反應的文字表達式：_____。

理論上實驗成功時的現(xiàn)象是打開止水夾后燒杯中水沿著導管進入集氣瓶中，約占集氣瓶總體積的_____。實際用該方法測出的氧氣含量常常遠低于理論值。

（提出問題）實驗中裝置內部的情況是怎樣的，用紅磷燃燒的方法為什么不能準確測定空氣中氧氣的含量？

（進行實驗）查閱資料后，學習小組進行如下實驗：

（1）將數(shù)顯設備（電腦等）、三種傳感器（壓強、溫度、O2濃度）、測量裝置（反應容器為蒸餾水瓶）按下圖所示進行連接。

（2）打開導管活塞，向燒杯內加入適量的水，雙手緊貼蒸餾水瓶外壁，若_____，則說明裝置氣密性良好。

（3）打開瓶口橡皮塞，加水并調節(jié)使蒸餾水瓶和燒杯內液面相平、關閉活塞，打開并調試好傳感器和數(shù)顯設備，用酒精燈將足量紅磷點燃，立即將燃燒匙伸入并塞進橡皮塞。

（4）燃燒結束后，裝置冷卻到室溫，打開導管活塞，待瓶內液面不再上升后再向燒杯中加入一定量的水，使燒杯和瓶內液面相平。在數(shù)顯設備上得到的曲線圖（縱坐標為O2濃度，橫坐標為時間，壓強和溫度曲線僅表示該段時間內對應的變化情況）如圖所示。

（數(shù)據分析）

（1）壓強曲線_____（填A、B、D、E）點表示紅磷開始在集氣瓶中燃燒。

（2）壓強曲線CD段降低的原因是_____。

（3）壓強曲線EF段略低于OA段是因為_____。

（實驗結論）用紅磷燃燒的方法不能準確測定空氣中氧氣含量的原因是_____。

（反思拓展）甲同學認為應該將蒸餾水瓶液面上的容積劃分為5等分并加以標記，乙同學認為沒有必要，理由是_____。

Answer 1

【答案】磷+氧氣 五氧化二磷 五分之一 燒杯內有氣泡產生，松手后，導管內上升一段液柱 A 隨著反應進行，內部氧氣被消耗，壓強降低，同時溫度開始下降，也造成內部壓強下降 燒杯與蒸餾水瓶內中液面不相平 紅磷過量，氧氣被消耗到一定濃度下后，停止反應，氧氣不能全部消耗完畢 實驗中數(shù)顯設備可以直接反應氧氣體積含量

【解析】

重溫教材：

磷與氧氣點燃后反應生成五氧化二磷，文字表達式為：磷+氧氣 五氧化二磷；實驗結束后，冷卻至室溫，水被外界大氣壓壓入瓶內，進入水的體積約占集氣瓶的五分之一，所以氧氣占空氣體積五分之一；

進行實驗：

（2）考查裝置氣密性檢查方法與實驗現(xiàn)象；若裝置氣密性良好，雙手緊貼蒸餾水瓶外壁，內部溫度升高，壓強增大，氣體被排出瓶外，燒杯內出現(xiàn)氣泡，而后雙手拿開，溫度降低，壓強降低，外部壓強將水壓入導管，形成一段液柱；

數(shù)據

（1）氧氣在空氣中體積分數(shù)為21%左右，只要曲線A初始值接近此數(shù)，故A表示氧氣濃度。壓強曲線A點表示紅磷開始在集氣瓶中燃燒；

（2）CD壓力下降，一個是反應消耗內部氧氣，壓強下降，同時氣體的溫度也在下降，說明反應停止，不再放出熱量，壓強也下降；

（3）此時燒杯與蒸餾水瓶存在液面差，造成內部壓力的不平衡，所以低于OA處；

實驗結論：

根據上圖測試數(shù)據可以看出，反應最后氧氣仍有剩余，說明氧氣濃度下降一定程度，紅磷不在燃燒，氧氣剩余，不能測試出準確結果；

反思拓展：

實驗內采用了數(shù)顯設備，記錄氧氣濃度變化，所以可以直接讀取數(shù)據，不需要通過蒸餾水瓶內體積變化來判斷。