Question

20．空氣中氧氣含量測(cè)定的再認(rèn)識(shí)．
【實(shí)驗(yàn)回顧】圖1是實(shí)驗(yàn)室用紅磷燃燒來(lái)粗略測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置．寫(xiě)出紅磷燃燒的化學(xué)方程式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
步驟如下：
①用彈簧夾夾緊橡皮管．
②點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入瓶中并塞緊塞子．
③待裝置冷卻后打開(kāi)彈簧夾．
④觀察并記錄水面的變化情況．
【實(shí)驗(yàn)反思】多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)集氣瓶?jī)?nèi)上升的水的體積始終小于瓶?jī)?nèi)原空氣體積的1/5．
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1】
Ⅰ．根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理（鐵與氧氣和水發(fā)生反應(yīng)生成鐵銹）設(shè)計(jì)如圖2實(shí)驗(yàn)裝置，再次測(cè)定空氣中氧氣含量．裝置中的食鹽水和活性炭會(huì)加速鐵生銹．
Ⅱ．測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表

測(cè)量項(xiàng)目	實(shí)驗(yàn)前	實(shí)驗(yàn)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(dá)】（1）鐵生銹過(guò)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，寫(xiě)出該反應(yīng)的化學(xué)方程式2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂．
（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后測(cè)得的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是20.2%．（消耗的水的體積忽略不計(jì)，計(jì)算結(jié)果保留一位小數(shù)）．
【猜想與假設(shè)】根據(jù)鐵生銹的原理，某同學(xué)對(duì)最終生成的鐵銹的主要成分作出猜想：
（Ⅰ）氧化鐵（Ⅱ）碳酸鐵，你認(rèn)為猜想（Ⅱ）（填序號(hào)）一定是錯(cuò)誤的，理由是化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變．
實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2】
使用圖3裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)前應(yīng)先進(jìn)行的操作
是檢查裝置的氣密性．
【實(shí)驗(yàn)過(guò)程】步驟1：在注射器中放入裝有足量鐵粉、活性炭粉的浸有食鹽水的紙袋，封閉．
步驟2：打開(kāi)彈簧夾，將活塞向右拉至一定距離，關(guān)閉彈簧夾．
步驟3：不斷輕輕晃動(dòng)注射器，至活塞位置不再發(fā)生變化．
數(shù)據(jù)處理】實(shí)驗(yàn)中需要記錄的數(shù)據(jù)是注射器中原來(lái)的空氣體積，反應(yīng)后剩余氣體的體積．
計(jì)算得出氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$．
【計(jì)算】鐵的氧化物有多種，116g四氧化三鐵與多少g氧化亞鐵（FeO）中所含的氧元素質(zhì)量相等．（寫(xiě)出計(jì)算過(guò)程）
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】與燃燒紅磷法相比，用改進(jìn)實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣中氧氣含量的優(yōu)點(diǎn)是鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．

Answer 1

分析 根據(jù)已有的空氣中氧氣含量的測(cè)定原理進(jìn)行分析解答，磷燃燒生成五氧化二磷；氣體被消耗，壓強(qiáng)變小，故會(huì)產(chǎn)生水倒吸的現(xiàn)象；根據(jù)鐵生銹的知識(shí)進(jìn)行分析解答即可．根據(jù)氧化亞鐵的化學(xué)式FeO及四氧化三鐵的化學(xué)式Fe₃O₄，要使兩物質(zhì)中氧元素的質(zhì)量相等，兩物質(zhì)的粒子個(gè)數(shù)比應(yīng)為4：1，即兩種物質(zhì)的質(zhì)量滿足288：232的關(guān)系．

解答 解：【實(shí)驗(yàn)回顧】磷燃燒生成五氧化二磷，故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
③等待實(shí)驗(yàn)裝置溫度冷卻至室溫后，再打開(kāi)彈簧夾，故填：待裝置冷卻后打開(kāi)彈簧夾．
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)1】鐵與氧氣、水反應(yīng)生成氫氧化亞鐵[Fe（OH）₂]，故填：2Fe+2H₂O+O₂=2Fe（OH）₂；
根據(jù)反應(yīng)前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80-54.5=25.5mL，故氧氣的體積分?jǐn)?shù)為$\frac{25.5mL}{126mL}×100%$≈20.2%，故填：20.2%；
【猜想與假設(shè)】根據(jù)質(zhì)量守恒定律可知，反應(yīng)前后元素的種類(lèi)不變，反應(yīng)物中沒(méi)有碳元素，所以不能可能是碳酸鐵．
故填：（Ⅱ）；化學(xué)反應(yīng)前后元素種類(lèi)不變．
【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)2】對(duì)于有氣體參與或生成的反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)前一定要檢查裝置的氣密性，故填：檢查裝置的氣密性．
【數(shù)據(jù)處理】要用此方法來(lái)測(cè)定空氣中氧氣的含量，就需要記錄反應(yīng)前后注射器內(nèi)氣體的體積，故填：注射器中原來(lái)的空氣體積，反應(yīng)后剩余氣體的體積．
【計(jì)算】設(shè)FeO的質(zhì)量為x
4FeO～Fe₃O₄
288   232
x    116g
$\frac{288}{232}=\frac{x}{116g}$
x=144g
【實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)】使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確，測(cè)量時(shí)考慮導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確，故填：鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更為徹底，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確；測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確．

點(diǎn)評(píng) 本題考查的是氧氣的含量的測(cè)定以及實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，完成此題，可以依據(jù)已有的知識(shí)進(jìn)行．