《2025年启东中学作业本九年级化学上册沪教版》

8. B (2024·四川成都)空气中含有多少氧气呢? 学习小组开展“测定空气里氧气含量”的探究活动。
资料:1.红磷的着火点是 240℃,白磷的着火点是 40℃。
2.相同的温度和体积下,气体压强与分子数成正比。
3.相同的温度和压强下,气体体积与分子数成正比。
【史料研究】
二百多年前,化学家拉瓦锡利用汞能和氧气发生反应的原理,采用图 1 装置测出氧气约占空气体积的 1/5。
(1)加热时,曲颈甑内液态汞表面产生红色粉末,玻璃钟罩内的现象是汞液面上升,产生该现象的原因是汞与氧气反应,钟罩内气体减少,气压减小。
【设计与实验】
设计并利用图 2 装置测空气里氧气含量。
(2)主要步骤如下,正确的顺序为④①③②(填序号)。
①弹簧夹夹紧皮管;
②红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹;
③点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧塞子;
④在集气瓶中加入少量水,将水面上方空间分成 5 等份
(3)实验结束,集气瓶中剩余气体的主要成分是氮气。
【优化与实验】
同学们利用图 2 装置多次实验,水面均未上升到刻度“1”。经讨论后,分别取足量红磷、白磷采用图 3 装置进行实验,记录并处理数据分别如图 4、图 5。
(4)图 4 中氧气含量从 8.05%上升到 9.26%,原因可能是反应结束后,温度下降,气体逐渐混合均匀。
(5)图 5 中 BC 段压强增大,原因是反应刚开始,温度升高对压强的影响比气体减少对压强的影响大;计算白磷消耗的氧气占空气体积的19.37%(精确到 0.01%)。
【反思与交流】
(6)图 2 实验水面未达到刻度“1”,原因是装置中的氧气未消耗完,红磷燃烧不能将氧气消耗完的主要原因是反应一段时间后,氧气浓度下降到一定程度,燃烧放出的热量减少,温度降低到红磷着火点以下,红磷熄灭,所以氧气消耗不完。
(7)上述实验中汞、白磷和五氧化二磷有毒,对环境“不友好”,结合实验原理和试剂弊端,可选择的替代试剂有铜粉(写一种)。

答案：
(1)汞液面上升 汞与氧气反应,钟罩内气体减少,气压减小
(2)④①③②
(3)氮气
(4)反应结束后,温度下降,气体逐渐混合均匀
(5)反应刚开始,温度升高对压强的影响比气体减少对压强的影响大 19.37
(6)反应一段时间后,氧气浓度下降到一定程度,燃烧放出的热量减少,温度降低到红磷着火点以下,红磷熄灭,所以氧气消耗不完
(7)铜粉
点拨:
(1)汞和氧气反应生成氧化汞固体,导致钟罩内气体减少,气压减小,则玻璃钟罩内的现象是汞液面上升;
(2)该实验的正确的顺序是检查装置气密性,在集气瓶中加入少量水,将水面上方空间分成 5 等份,用弹簧夹夹紧胶皮管,点燃红磷后立即伸入瓶中并塞紧塞子,红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹,则正确的顺序为④①③②。
(3)空气主要由氮气和氧气组成,红磷燃烧消耗了氧气,则实验结束,集气瓶中剩余气体的主要成分是氮气。
(4)磷燃烧消耗氧气并放出热量,而其他气体不变,氧气的含量逐渐减小,反应结束后,温度下降,气体逐渐混合均匀,导致氧气的含量增大。
(5)磷燃烧放热,温度升高,装置内压强增大,同时磷燃烧消耗氧气,装置内压强减小,但反应刚开始,温度升高对压强的影响比气体减少对压强的影响大,所以图 5 中 BC 段压强增大;磷消耗的氧气占空气体积的 $ (103.15 \text{kPa} - 83.17 \text{kPa}) / 103.15 \text{kPa} × 100\% \approx 19.37\% $;
(6)红磷燃烧放热,但反应一段时间后,氧气浓度下降到一定程度,燃烧放出的热量减少,温度降低到红磷着火点以下,红磷熄灭,导致不能将氧气消耗完;
(7)铜粉在空气中加热生成氧化铜固体,不会造成空气污染,可选择的替代试剂有铜粉。