27. 有关空气组成的研究与发现对化学的发展做出了重要贡献。
I.拉瓦锡的研究:用加热汞的方法测定空气中氧气的含量如图1所示,拉瓦锡把少量的汞放在密闭的玻璃容器中连续加热12天后,发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末,容器内空气体积减少了约五分之一。收集汞表面生成的红色粉末(氧化汞),置于另一容器内强热得到了汞和氧气,且氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气体积。
(1)上述实验中,使用汞的优点有
________。
A 汞为液态,在加热的条件下只与氧气反应且生成物为固体
B 时间足够长,能将密闭装置中的氧气几乎耗尽
C 无法观察装置中气体体积的变化
D 得到的红色氧化汞粉末加热分解的气体体积+剩余气体体积=原空气体积
(2)继拉瓦锡研究后,英国科学家瑞利经多次实验发现:从空气分离得到的氮气密度总是略大于纯净氮气密度。造成这一差异主要与空气中的
________相关。
II.现代化学实验可以更多地借助数字化仪器,某科学兴趣小组利用数显设备、气压传感器等对课本实验进行进一步探究:
兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了如图的探究,实验步骤如下:
①检查装置气密性良好,调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平,此时集气瓶内气体的体积为V
1关闭活塞;
②点燃燃烧匙内的足量的红磷,立即塞紧瓶塞;
③待火焰熄灭并冷却后,过一段时间打开活塞,观察到集气瓶中的水位上升。待集气瓶内的水面不再上升时,集气瓶内的气体体积为V
2;
④然后向右边容器内加入一定量的水至两边水面再次相平,此时集气瓶内的气体体积为V
3。
在点燃红磷至打开活塞这一过程中,观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先上升后下降,再趋于稳定。
请回答:
(1)红磷燃烧的文字或符号表达式为
________。
(2)数显设备显示,开始一段时间内集气瓶内的气体压强上升,这是因为温度升高导致的气压变化量
________(选填“大于”、“等于”或“小于”)氧气量减少导致的气压变化量。
(3)基于数显设备显示的气压变化,“过一段时间打开活塞”中的“一段时间”指的是火焰熄灭后到
________所经历的时间。
(4)该兴趣小组同学经多次实验发现:当反应停止并恢复至室温,用氧气浓度传感器测得广口瓶内始终有8%左右的氧气残留。请分析红磷燃烧无法耗尽氧气的原因是
________(已排除操作原因引起的实验误差)。
(5)在整个实验过程中,集气瓶中减少的氧气体积为
________(用“V
1、V
2、V
3”的关系式表示)。
Ⅲ.兴趣小组B的实验:用铁生锈原理测定空气中氧气含量(如图3所示)。测得实验数据如表:
测量项目 | 实验前烧杯中水的体积 | 实验后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 | 49.0 | 150.0 |
(6)根据表中数据,计算实验测得的空气中氧气的体积分数是
_______(计算结果精确到0.1%)。