Question

13．某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图．该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记．
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞．
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹．
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是保证消耗完集气瓶中的氧气．
（2）步骤②集气瓶中的现象是，其反应的文字表达式为红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；步骤③中打开止水夹后观察到的现象是烧杯中的水倒流回集气瓶，倒流的水约占集气瓶中空气总体积的五分之一，由此可得出空气中氧气的体积约为$\frac{1}{5}$．
（3）该实验可推论出氮气难（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质不活泼（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
（4）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？不能（填“能”或“不能”）原因生成物是气体，填补了氧气的空间，使得气压变化不明显，水不会倒流或者倒流的少．
（5）实验结束后，同学们发现测得数值比实际空气中氧气的含量小，请你帮助他们找出实验误差的原因气密性不好；红磷量不足；未冷却就打开止水夹．
（6）做铁丝在氧气中燃烧实验时，集气瓶里预先要装入少量的细沙或水，原因是防止高温熔化物溅落炸裂集气瓶底部；实验现象是剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体；硫在氧气中燃烧实验放少量水的原因是；能否用细沙代替水？（填“能”或“不能”）

Answer 1

分析 （1）根据该实验注意事项分析；
（2）根据红磷的燃烧现象、反应结合压强知识分析．红磷与氧气反应生成五氧化二磷固体，消耗了瓶内的气体，压强减小，外界大气压会压着水进入集气瓶；
（3）根据集气瓶内剩余的气体主要是氮气分析氮气的性质；
（4）根据测定空气中氧气含量的实验的原理分析；
（5）根据测得数值比实际空气中氧气的含量小的原因分析解答；
（6）根据铁丝、硫在氧气中燃烧的实验操作步骤及注意事项，进行解答本题．

解答 解：（1）该实验中红磷需稍过量，目的是：确保将集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）点燃的红磷，在集气瓶燃烧，生成大量的白烟．红磷燃烧生成了五氧化二磷，反应的文字表达式为：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；由于红磷与氧气反应生成五氧化二磷固体，消耗了瓶内的气体，压强减小，所以，打开止水夹后观察到的现是：烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；
（3）由于集气瓶内剩余的气体主要是氮气，由此可知氮气的性质是不溶于水；其化学性质不活泼的结论．
（4）不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
（5）实验结束后，同学们发现测得数值比实际空气中氧气的含量小的原因是：气密性不好；红磷量不足；未冷却就打开止水夹；
（6）铁丝在氧气中燃烧时，集气瓶底需预先铺上一薄层细沙或少量水是防止高温生成物落入瓶底造成集气瓶局部受热而炸裂；实验现象是：剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体；硫反应生成的二氧化硫是一种大气污染物，能和水反应生成亚硫酸，所以加入水可以防止二氧化硫气体逸出污染空气，但不能铺一层细沙，因为细沙不消耗二氧化硫．
答案：
（1）保证消耗完集气瓶中的氧气；
（2）红磷燃烧产生大量白烟，放出热量；红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；烧杯中的水倒流回集气瓶，倒流的水约占集气瓶中空气总体积的五分之一；$\frac{1}{5}$；
（3）难；不活泼；
（4）不能；生成物是气体，填补了氧气的空间，使得气压变化不明显，水不会倒流或者倒流的少；
（5）气密性不好；红磷量不足；未冷却就打开止水夹；
（6）防止高温熔化物溅落炸裂集气瓶底部；剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成一种黑色固体；吸收二氧化硫防止污染空气；不能．

点评 熟记用红磷测定空气里氧气含量的实验原理、操作步骤、实验现象、实验结论和注意事项是解答这类题目的基础．