Question

空气中氧气含量测定的再认识。

【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（装置如图1），通过该实验拉瓦锡得出了空气是由氧气和 ______（填物质符号）组成，其中氧气约占空气总______（填“质量”、“体积”）的1/5。

【实验回顾】

（1）实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图2），兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于1/5。其原因可能是：装置漏气；红磷量不足，装置内氧气有剩余；____________ ；

（2）由于红磷在空气中点燃后才放入集气瓶内，实验缺陷：测定结果不准确；（____________）。

【提出问题】能否设计一套实验装置以解决上述缺陷？

【实验改进】

改进一：兴趣小组同学，设计了如图3所示装置：用一个100mL量筒倒扣在水中，使量筒内外液面均位于40mL处，量筒内浮着一个贴有银片的小木块，银片上放有足量白磷，将整套装置置于垫有_________（填仪器名称）的铁架台的铁圈上加热。一会儿，白磷发生燃烧，量筒内液面上升，向烧杯内加水直至量筒内外液面相平，读出此时液面所对刻度。

（3）放白磷的平板用银做的原因是：银的______（填物理性质）性好，易将白磷温度升高，且化学性质稳定；

（4）最终，液面大约位于量筒刻度_______mL处；白磷燃烧的文字（或符号）反应式为_________________，该反应属于 _________________（填基本反应类型）。

改进二：兴趣小组同学又进行了大胆改进，设计图4（选用容积为40mL的的试管作反应容器，注射器活塞初始位置为20mL处，注射器空间为20mL，活塞与内壁摩擦力及连接管空间容积忽略不计）实验方案进行，收到了良好的效果。

（5）兴趣小组同学装配好仪器并确认气密性良好后。第一组同学将弹簧夹夹紧橡皮管，给足量的红磷加热，燃烧结束待试管冷却后松开弹簧夹,注射器活塞将从20mL刻度处前移到约为_______ mL（填整数）刻度处才停止。第二组同学将弹簧夹松开，直接给足量的红磷加热，红磷燃烧后活塞运动方向为________________，反应完全并冷却后，注射器活塞最终将停留在约为_______ mL（填整数）刻度处。

【交流反思】

（6）对照图2，改进后的实验装置有何优点___________________________ （回答一点即可）。

Answer

N2 体积 未等冷却就打开弹簧夹 污染空气 （合理答案皆可） 石棉网 导热 32 略 化合反应 12 先向左再向右 8 减少实验误差（不污染环境或便于读数）(其他合理答案给分)

【解析】【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(装置如图1)，通过该实验拉瓦锡得出了空气是由氧气和氮气组成，题目要求回答物质符号，故为：N2，其中氧气约占空气总 体积的；

【实验回顾】
(1)实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量(装置如图2)，兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于，其原因可能是：装置漏气；红磷量不足，装置内氧气有剩余； 未等冷却就打开弹簧夹；…
(2)由于红磷在空气中点燃后才放入集气瓶内，实验缺陷：测定结果不准确；‚污染环境等。
【实验改进】
改进一：兴趣小组同学，设计了如图3所示装置：用一个100mL量筒倒扣在水中，使量筒内外液面均位于40mL处，量筒内浮着一个贴有银片的小木块，银片上放有足量白磷，将整套装置置于垫有石棉网的铁架台的铁圈上加热．一会儿，白磷发生燃烧，量筒内液面上升，向烧杯内加水直至量筒内外液面相平，读出此时液面所对刻度；
(3)放白磷的平板用银做的原因是利用银的导热性好，易将白磷温度升高，且化学性质稳定；
(4)最终，液面大约位于量筒刻度 32mL处；白磷燃烧的文字(或符号)反应式为：磷+氧气五氧化二磷或者4P+5O22P2O5，该反应是两种物质变成一种，属于化合反应；

改进二：兴趣小组同学又进行了大胆改进，设计图4(选用容积为40mL的试管作反应容器，注射器活塞初始位置为20mL处，注射器空间为20mL，活塞与内壁摩擦力及连接管空间容积忽略不计)实验方案进行，收到了良好的效果；

(5)兴趣小组同学装配好仪器并确认气密性良好后．第一组同学将弹簧夹夹紧橡皮管，给足量的红磷加热，燃烧结束待试管冷却后松开弹簧夹，由于只消耗了试管内的氧气，所以氧气的体积是40mL的五分之一，为8mL，所以注射器活塞将从20mL刻度处前移到约为 12mL刻度处才停止．第二组同学将弹簧夹松开，直接给足量的红磷加热，由于反应放热，所以红磷燃烧后活塞运动方向为先向右，然后由于氧气消耗，且温度降低，所以活塞最后向左．由于装置内氧气均被消耗，所以氧气的体积为60mL的五分之一，为12mL，所以反应完全并冷却后，注射器活塞最终将停留在约为 8mL(填整数)刻度处。
【交流反思】
(6)对照图2，改进后的实验装置优点：由于一直在密闭环境反应，所以不污染环境，由于注射器有刻度，所以变化读数，所以有点有减少实验误差、不污染环境或便于读数等。

点睛：测定空气的组成，造成误差偏小的原因有：①装置漏气；②红磷的量不足；③没待装置冷却就打开了弹簧夹，并进行读数判定了(因为此时剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积)；④弹簧夹右边的导管中存有的空气进入集气瓶内；⑤红磷熄灭时，集气瓶中的氧气并没有完全耗尽，只是氧气的浓度达不到红磷燃烧的要求而已；⑥烧杯中的水可能不足以注满原来瓶内气体体积的1/5．当然，装置漏气还有可能会使瓶内气体受热膨胀时溢出，从而引起误差偏大；还有，集气瓶装水前，就将其划分为了五等分；这样实验前装的水会增加用来暗示氧气体积的水柱体的体积，从而引起误差偏大。