Question

某同學發現將帶火星的木條伸入氧氣含量約占40%的空氣樣品中就能復燃，那么能使帶火星的木條復燃的氧氣含量的最低值是多少呢？小亮同學設計了如下實驗進行探究：
第一組實驗：取5只集氣瓶，編號為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總容積10%、20%、30%、40%、50%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號瓶中，記錄實驗現象．小亮在前一組實驗的基礎上又做了第二組和第三組實驗，并進行了記錄．

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

請回答下列問題：
（1）用帶火星的木條驗滿氧氣的方法是否可靠：

 

（填“是”或“否”）．
（2）收集的氧氣占容積的體積分數最低為

 

%時，可使帶火星的木條復燃，這時集氣瓶中氧氣分數約為

 

%（計算結果保留整數）．
（3）用帶火星的木條直接檢驗雙氧水受熱分解產生的氧氣時，往往難以復燃，這是因為在加熱生成氧氣的同時產生大量水蒸汽所致，此時混合氣體中氧氣的體積分數隨溫度變化的曲線如圖所示．若只考慮氧氣的體積分數對實驗結果的影響，欲使帶火星的木條復燃，應將加熱雙氧水的最高溫度控制在大約

 

℃．
某同學改用如圖裝置后能使帶火星的木條復燃其原因是

 

，反應的文字表達式為

 

．
（4）采取“半值法”探究能減少實驗次數．
例如：第一組實驗若按③、④的編號順序進行實驗，即可確定下一組實驗收集的氧氣占容積的體積分數應在30%～40%之間，從而省去編號①、②、⑤的實驗．同理，第二組實驗可以省去的實驗編號為

 

．

Answer 1

分析：本題通過實驗探究了能使帶火星的木條復燃的氧氣含量的最低值問題，針對此問題，設計了幾組氧氣含量不同的對照實驗．
（1）通過實驗可以看出，不是純凈的氧氣，帶火星的木條也可以復燃；
（2）分析表格可發現收集的氧氣占容積的體積分數最低為35%時木條就可復燃，根據空氣中原有的氧氣和收集到的氧氣，就可算出氧氣的分數；
（3）根據上題數據，結合坐標圖，就可以查知溫度的大約值，U形管中的冰水混合物具有冷凝作用；
（4）“半值法”的應用可以減少實驗的次數，節約時間，確定時采用的一般是中間值．

解答：解：（1）通過實驗可以看出，氧氣含量達到35%帶火星的木條就可以復燃，所以用帶火星的木條驗滿氧氣的方法不可靠，所以本題答案為：否，
（2）觀察實驗記錄，收集的氧氣占容積的體積分數最低為35%，帶火星的木條復燃，此時空氣還占65%，所以空氣中有氧氣的量為：65%×21%≈14%，所以此時瓶內共有氧氣的分數為：14%+35%=49%，若用氧氣占空氣體積的五分之一計算，則結果為48%，所以本題答案為：35，48或49；
（3）只考慮氧氣的體積分數對實驗結果的影響，欲使帶火星的木條復燃，則氧氣的含量需要在48%～49%，分析坐標，可知道溫度大約在87°左右；水蒸氣含量多，則氧氣的含量就少，U形管內放入冰水混合物，起到使水蒸氣冷凝的作用，所以本題答案為：87，U型管冷凝了水蒸氣，提高了氧氣的純度，過氧化氫

加熱

氧氣+水；
（4）采取“半值法”探究能減少實驗次數，實際上就是通過實驗數據的分析，減少不必要的實驗，第二組實驗若按②、③的編號順序進行實驗，即可確定下一組實驗收集的氧氣占容積的體積分數應在33%～35%之間，從而省去編號①、④、⑤的實驗，所以本題答案為：①④⑤．

點評：設計實驗時，要明確實驗的目的，要注意控制一些變量，本題還采用了“半值法”，從而可減少實驗的次數，減少實驗的過程．