Question

5．空氣中氧氣含量測定的再認識

【實驗問題】如圖1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(xué)方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（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．
【實驗改進】
Ⅰ．鐵生銹過程發(fā)生復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)，首先是鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂．根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設(shè)計如圖2實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量．（說明：裝置中飽和食鹽水、活性炭起加速鐵生銹的作用）．
Ⅱ．測得實驗數(shù)據(jù)如下表：

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(dǎo)管的容積
體積/mL	80.0	54.5	126.0

【交流表達】
（1）根據(jù)上表計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是20.2%（計算結(jié)果精確到0.1%）．
（2）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確更高的原因是：
①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；②測量時考慮到導(dǎo)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．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的空氣中氧氣含量的測定原理進行分析解答，磷燃燒生成五氧化二磷；氣體被消耗，壓強變小，故會產(chǎn)生水倒吸的現(xiàn)象；根據(jù)鐵生銹的知識進行分析解答即可．

解答 解：（1）磷燃燒生成五氧化二磷，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：4P+5O₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）紅磷燃燒消耗氧氣，使瓶內(nèi)的氣壓變小，水倒吸；
【實驗改進】（1）鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：2Fe+2H₂O+O₂═2Fe（OH）₂；
（2）根據(jù)反應(yīng)前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分數(shù)為：$\frac{25.5mL}{126mL}$×100%=20.2%；
（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(dǎo)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；
故答案為：【實驗回顧】（1）4P+5O₂ $\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$ 2P₂O₅；
（2）氣壓；
【實驗改進】Ⅰ.2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
Ⅱ．（1）20.2%；
（2）①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．
②測量時考慮到導(dǎo)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．

點評 本題考查的是氧氣的含量的測定以及實驗裝置的改進，完成此題，可以依據(jù)已有的知識進行．