Question

某化学兴趣小组在制取氧气时，用带火星木条伸入瓶中发现没有复燃，对于此问题展开探究。

[提出假设]气体中氧气体积分数达到多少时才能使带火星的木条复燃?

(设计方案)

实验编号	1	2	3	4	5	6	7	8	9
瓶中水量	10%	20%	30%	40%	50%	60%	70%	80%	90%
氧气体积分数	28.9%	36.8%	44.7%	52.6%	60.5%	68.4%	76.3%	84.2%	92.1%
带火星木条的状况	微亮	亮	很亮	复燃	复燃

[实验探究]写出用过氧化氢溶液制取氧气的化学方程式_______。

[反思评价]

(1)你认为能使带火星木条复燃的所需氧气体积分数的取值范围为_________。

(2)同学们结合教材中提到验证空气中氧气体积分数的实验(如图所示)，你认为该实验测量的氧气体积分数精确吗?_______，请说明理由_______。

[交流表达]为此该小组进一步探究，对上述实验进行了改进，设计如下图实验，请回答下列问题:

(1)铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe(OH)₂],写出该反应的化学方程式_________。

测量项目	实验前	实验后
烧杯中水的体积	烧杯中剩余水的体积	集气瓶 (扣除内容物) 和导管的容积
体积/mL	80.0	54.5	126.0

(2)根据以上数据计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是____________(计算结果精确到0.1%)。

(3)此实验中食盐水的作用是__________________。

(4)从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是①________；②_________。

Answer

≥52.6% 不精确 红磷熄灭时，瓶中还含有氧气，所以测量不精确 20.2% 加快铁生锈 铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确 测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确

【解析】

[实验探究]用过氧化氢溶液制取氧气的化学反应原理是过氧化氢在二氧化锰的作用下分解生成氧气和水，方程式：；

[反思评价]

(1)由表格中数据可知，能使带火星木条复燃的所需氧气体积分数的取值范围为大于等于52.6% ；

(2)教材中提到验证空气中氧气体积分数的实验(如图所示)，该实验测量的氧气体积分数不精确，因为当装置内氧气的浓度降低到一定程度时，燃烧的红磷即可熄灭，此时容器内还有氧气，所以测定结果偏小；

[交流表达] (1)铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁[Fe(OH)2]，根据质量守恒定律可知反应前后原子的种类、个数不变，该反应的化学方程式；

(2) 改进实验后，烧杯中减少的水的体积等于消耗氧气的体积，根据以上数据计算，测得的空气中氧气的体积分数是：

(3)铁的生锈速率受很多因素影响，如温度、湿度、纯度等，此实验中食盐水的作用是加速锈蚀；

(4)从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是①铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确；②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确。