Question

14．小麗對(duì)家中的家用制氧機(jī)產(chǎn)生了濃厚的興趣．她通過(guò)閱讀說(shuō)明書(shū)了解到家用制氧機(jī)的工作原理如下：
加壓時(shí)，裝填在制氧機(jī)內(nèi)部的分子篩吸附空氣中的氮?dú)�，制取高濃度氧氣．減壓時(shí)，分子篩將所吸附的氮?dú)馀欧牛�整個(gè)過(guò)程中，分子篩并不消耗．
小麗用這臺(tái)家用制氧機(jī)制取并收集了一袋氣體，帶到實(shí)驗(yàn)室對(duì)其進(jìn)行研究．
實(shí)驗(yàn)I：小麗欲通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所收集的氣體是否為純凈的氧氣．
【實(shí)驗(yàn)記錄】

實(shí)驗(yàn)步驟	實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	化學(xué)方程式
取一只250mL的集氣瓶，用排水法收集一瓶所帶氣體，然后把一小塊燃著的木炭插入集氣瓶中	木炭燃燒得更旺， 然后慢慢熄滅	化學(xué)方程式I

表中，化學(xué)方程式I是C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂．
【實(shí)驗(yàn)結(jié)論】收集的氣體是純凈的氧氣．
【實(shí)驗(yàn)反思】老師指出上述實(shí)驗(yàn)并不能證明小麗所帶來(lái)的氣體一定是純凈的氧氣．該實(shí)驗(yàn)不能證明所收集氣體為純凈氧氣的原因是木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說(shuō)明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說(shuō)明集氣瓶中氧氣含量為100%．
實(shí)驗(yàn)II：測(cè)定小麗所帶氣體中氧氣的含量．
同學(xué)們?cè)诶蠋煹闹笇?dǎo)下設(shè)計(jì)了如圖（2）所示裝置，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并重復(fù)多次．
【實(shí)驗(yàn)記錄】

實(shí)驗(yàn)操作		主要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象	實(shí)驗(yàn)結(jié)論及解釋
①	檢查裝置的氣密性		裝置的氣密性良好
②	加入藥品，將裝置連接固定
③	打開(kāi)止水夾a和b，向A中緩慢鼓入一定量氣體后關(guān)閉止水夾a和b	A中水進(jìn)入到B中，B中水的體積為200mL．	收集200mL氣體（由壓強(qiáng)差引起的誤差忽略不計(jì)）
④	用凸透鏡聚光引燃白磷	燃燒，產(chǎn)生大量白煙
⑤	待白磷熄滅并冷卻到室溫，進(jìn)行操作I	現(xiàn)象I	小麗收集的氣體不是純凈的氧氣

表中，操作I是打開(kāi)止水夾b；現(xiàn)象I是B中部分水被吸入A中．
【數(shù)據(jù)記錄】

實(shí)驗(yàn)次序	1	2	3	4	5
B中剩余水體積/mL	100	42	39	41	38

【數(shù)據(jù)處理】
已知，在上表數(shù)據(jù)中，第1組數(shù)據(jù)偏差較大，存在明顯誤差，在數(shù)據(jù)處理時(shí)應(yīng)刪去．小麗所帶氣體中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為80%．
【實(shí)驗(yàn)反思】
（1）這臺(tái)家用制氧機(jī)制氧氣的過(guò)程發(fā)生的變化屬于物理變化（填“物理變化”或“化學(xué)變化”）．
（2）導(dǎo)致第1組數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差的可能原因是白磷不足．
【拓展探究】
探究小組在查閱資料時(shí)發(fā)現(xiàn)：收集氧氣占集氣瓶容積的60%（空氣占40%）時(shí)，能使帶火星的木條復(fù)燃．那么，使帶火星的木條復(fù)燃的氧氣濃度的最低值是多少呢？小組同學(xué)對(duì)此展開(kāi)研究．請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)回答下列問(wèn)題
（1）寫(xiě)出甲裝置中反應(yīng)的化學(xué)方程式：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，在甲的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中帶火星的木條往往難以復(fù)燃，改用乙裝置后能使帶火星的木條復(fù)燃，請(qǐng)解釋原因：由于在加熱分解過(guò)氧化氫生成氧氣的同時(shí)，也生成了大量的水蒸氣，因此帶火星的木條很難復(fù)燃．
（2）第一組實(shí)驗(yàn)：取5支集氣瓶，編號(hào)為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總體積10%、20%、30%、40%、50%上的水．用排水法收集氧氣，恰好把5只集氣瓶中的水排去．將帶火星的木條依次插入①～⑤號(hào)瓶中，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象．
小亮在前組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又做了第二組和第三組實(shí)驗(yàn)，三組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象見(jiàn)下表．

	第一組					第二組					第三組
集氣瓶編號(hào)	①	②	③	④	⑤	①	②	③	④	⑤	①
收集的O2占容積的體積分?jǐn)?shù)（%）	10	20	30	40	50	31	33	35	37	39	34
帶火星木條的狀況	微亮	亮	很亮	復(fù)燃	復(fù)燃	很亮	很亮	復(fù)燃	復(fù)燃	復(fù)燃	很亮

收集的氧氣占容積的體積分?jǐn)?shù)最低為35%時(shí)，可使帶火星的木條復(fù)燃，這時(shí)集氣瓶中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是49%（計(jì)算結(jié)果保留整數(shù)）．
（3）小明上網(wǎng)查閱資料時(shí)發(fā)現(xiàn)：硝酸銅固體加熱分解的產(chǎn)物有氧化銅、二氧化氮和氧氣．于是 他決定設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)硝酸銅分解產(chǎn)生的氧氣．
【查閱資料】
①相同條件下，任何氣體的體積比等于分子個(gè)數(shù)之比
②硝酸銅分解后的氣體可以完全被氫氧化鈉溶液吸收
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】
小明同學(xué)設(shè)計(jì)如圖（4）所示的裝置，將硝酸銅固體放入試管中加熱，該反應(yīng)的方程式為2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑，然后打開(kāi)A處的止水夾，將帶火星的木條放在導(dǎo)管口，復(fù)燃，于是他得出結(jié)論硝酸銅分解生成了氧氣．
【實(shí)驗(yàn)反思】
（1）從硝酸銅分解得到的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃這一事實(shí)，能說(shuō)明一定生成了氧氣嗎？不能（填“能”或“不能”）．理由是空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒(méi)有復(fù)燃，本實(shí)驗(yàn)中氧氣的濃度只占混合氣的20%．那從這一現(xiàn)象可以得到什么結(jié)論？二氧化氮支持燃燒．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)方案證明你的結(jié)論：只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮?dú)怏w中，如果復(fù)燃，即可證明．
（2）為了防止二氧化氮逸出而環(huán)境污染，所以燒杯中應(yīng)該放入氫氧化鈉溶液．

Answer 1

分析 實(shí)驗(yàn)I：【實(shí)驗(yàn)記錄】：根據(jù)木條燃燒的反應(yīng)原理書(shū)寫(xiě)方程式；
【實(shí)驗(yàn)反思】：木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說(shuō)明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說(shuō)明集氣瓶中氧氣含量為100%；
實(shí)驗(yàn)II：【實(shí)驗(yàn)記錄】：根據(jù)利用白磷燃燒測(cè)定氧氣含量的原理回答：裝置A中進(jìn)入水的體積就是氧氣的體積；
【數(shù)據(jù)處理】：為了縮小誤差，可求出另外4次的平均值作為最終結(jié)果，則小麗所帶氣體中氧氣的體積為200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=160mL，并進(jìn)一步計(jì)算出氧氣的體積分?jǐn)?shù)；
【實(shí)驗(yàn)反思】：（1）根據(jù)題意并結(jié)合物理變化和化學(xué)變化的判斷依據(jù)分析解答；
（2）第1組數(shù)據(jù)較大，說(shuō)明氧氣沒(méi)有被消耗完，最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣；
【拓展探究】（1）根據(jù)過(guò)氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，由于在加熱分解過(guò)氧化氫生成氧氣的同時(shí)，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復(fù)燃進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)表格可發(fā)現(xiàn)收集的氧氣占容積的體積分?jǐn)?shù)最低為35%時(shí)木條也可復(fù)燃，根據(jù)空氣中原有的氧氣和收集到的氧氣，就可算出氧氣的分?jǐn)?shù)；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】根據(jù)硝酸銅在加熱的條件下生成氧化銅、二氧化氮和氧氣進(jìn)行分析；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）根據(jù)空氣中氧氣占21%，帶火星的木條都不能復(fù)燃，本實(shí)驗(yàn)中氧氣的濃度只占混合氣的20%，也生成了二氧化氮?dú)怏w等知識(shí)進(jìn)行分析；
（2）根據(jù)二氧化氮是空氣污染性氣體進(jìn)行分析．

解答 解：實(shí)驗(yàn)I：【實(shí)驗(yàn)記錄】木炭在氧氣中充分燃燒，生成二氧化碳?xì)怏w，故反應(yīng)的化學(xué)方程式為 C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂；
【實(shí)驗(yàn)反思】根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象“木炭燃燒得更旺”可知，集氣瓶中的氧氣濃度很高，但不一定是純凈的氧氣；
實(shí)驗(yàn)II：
【實(shí)驗(yàn)記錄】結(jié)合空氣中氧氣含量的測(cè)定分析，由于白磷能與氧氣反應(yīng)，故反應(yīng)后，集氣瓶中因氧氣的減少而使壓強(qiáng)變小，待白磷熄滅并冷卻到室溫時(shí)，打開(kāi)止水夾b，會(huì)看到B中部分水被吸入A中；
【數(shù)據(jù)處理】根據(jù)題意，由于第1組數(shù)據(jù)偏差較大，存在明顯誤差，故在數(shù)據(jù)處理時(shí)已刪去；為了進(jìn)一步縮小誤差，可求出另外4次的平均值作為最終結(jié)果，則小麗所帶氣體中氧氣的體積為200mL-（42mL+39mL+41mL+38mL）÷4=160mL，故氧氣的體積分?jǐn)?shù)=$\frac{160mL}{200mL}$×100%=80%；
【實(shí)驗(yàn)反思】
（1）根據(jù)題意可知，這臺(tái)家用制氧機(jī)在制氧氣的過(guò)程中，只是將空氣中的氮?dú)夂脱鯕夥蛛x，而沒(méi)有新物質(zhì)生成，故發(fā)生的變化屬于物理變化；
（2）根據(jù)題意可知，B中剩余的水越多，說(shuō)明消耗的氧氣越少，壓強(qiáng)變化小，倒吸的水也就少，所以第1組數(shù)據(jù)較大，說(shuō)明氧氣沒(méi)有被消耗完，最可能的情況就是白磷量不足，不足以消耗所有的氧氣；
【拓展探究】（1）過(guò)氧化氫在二氧化錳的催化作用下生成水和氧氣，化學(xué)方程式為：2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
由于在加熱分解過(guò)氧化氫生成氧氣的同時(shí)，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復(fù)燃；
（2）由圖中可知，當(dāng)氧氣的體積分?jǐn)?shù)達(dá)到35%時(shí)，帶火星的木條復(fù)燃，即收集的氧氣占容積的體積分?jǐn)?shù)最低為35%，此時(shí)空氣還占65%，所以空氣中有氧氣的量為：65%×21%≈14%，所以此時(shí)瓶?jī)?nèi)共有氧氣的分?jǐn)?shù)為14%+35%=49%；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】硝酸銅在加熱的條件下生成氧化銅、二氧化氮和氧氣，化學(xué)方程式為：2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）空氣中氧氣占21%，帶火星的木條都不能復(fù)燃，本實(shí)驗(yàn)中氧氣的濃度只占混合氣的20%，也生成了二氧化氮?dú)怏w，所以從硝酸銅分解得到的氣體能使帶火星的木條復(fù)燃這一事實(shí)，不能說(shuō)明一定生成了氧氣，理由是：空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒(méi)有復(fù)燃，本實(shí)驗(yàn)中氧氣的濃度只占混合氣的20%，本實(shí)驗(yàn)得出的結(jié)論是：二氧化氮支持燃燒，設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)是：只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮?dú)怏w中，如果復(fù)燃，即可證明；
（2）二氧化氮是空氣污染性氣體，所以為了防止二氧化氮逸出而環(huán)境污染，所以燒杯中應(yīng)該放入氫氧化鈉溶液．
故答案為：
實(shí)驗(yàn)I：【實(shí)驗(yàn)記錄】C+O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$CO₂；
【實(shí)驗(yàn)反思】木炭在集氣瓶中燃燒得更旺只能說(shuō)明集氣瓶中氧氣的含量高于空氣中氧氣的含量，不能說(shuō)明集氣瓶中氧氣含量為100%；
實(shí)驗(yàn)II：【實(shí)驗(yàn)記錄】打開(kāi)止水夾b，B中部分水被吸入A中；
【數(shù)據(jù)處理】80%；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）物理變化；
（2）白磷量不足；
【拓展探究】（1）2H₂O₂$\frac{\underline{\;MnO_2\;}}{\;}$2H₂O+O₂↑，
由于在加熱分解過(guò)氧化氫生成氧氣的同時(shí)，也生成了大量的水蒸氣，帶火星的木條很難復(fù)燃；
（2）35，49；
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】2Cu（NO₃）₂$\frac{\underline{\;\;△\;\;}}{\;}$2CuO+4NO₂↑+O₂↑；
【實(shí)驗(yàn)反思】（1）不能，空氣中氧氣的濃度是21%，帶火星的木條并沒(méi)有復(fù)燃，本實(shí)驗(yàn)中氧氣的濃度只占混合氣的20%，二氧化氮支持燃燒，只需要將帶火星的木條伸入二氧化氮?dú)怏w中，如果復(fù)燃，即可證明；
（2）氫氧化鈉．

點(diǎn)評(píng) 對(duì)于驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)探究，要熟記物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律，根據(jù)給出的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、分析和探究，并通過(guò)觀察、記錄和分析的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，來(lái)驗(yàn)證該物質(zhì)的性質(zhì)或變化規(guī)律等．