Question

9．某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图，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，目的是确保集气瓶内的氧气消耗尽．
（2）步骤②集气瓶中的现象是剧烈燃烧，发黄光，产生大量白烟，放热
步骤③中打开止水夹后观察到的现象是烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处
由此可得出空气中氧气的体积分数约为$\frac{1}{5}$．
（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）写出红磷燃烧时的文字或符号表达式红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷（4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅）．
（5）已知木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，某同学用足量的木炭粉代替红磷做上述实验，结果实验失败，请你帮他分析原因．
（6）在用红磷燃烧实验中，空气中体积分数小于$\frac{1}{5}$的原因有哪些？（请写出3条）

Answer 1

分析 实验的目的是测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的．
（1）根据该实验注意事项分析；
（2）根据红磷的燃烧结合压强知识分析，红磷与氧气反应生成固体，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；根据实验现象分析；
（3）在该实验中，剩余的气体主要是氮气；
（4）根据红磷燃烧生成五氧化二磷固体解答；
（5）木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强；
（6）如果操作不当，会影响实验结果，甚至会导致实验失败．

解答 解：（1）实验的目的是测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的，红磷过量，可使集气瓶中的氧气完全消耗．
（2）步骤②集气瓶中的现象是 剧烈燃烧，发黄光，产生大量白烟，放热，步骤③中打开止水夹的现象是烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处，由此得出的结论是：空气中氧气的体积分数约为五分之一；
（3）剩余的气体主要是氮气，水进入瓶内占五分之一，不再继续进入，说明氮气不能与红磷反应，也不能溶于水或与水反应；则该实验可推断出氮气 难溶于水和其化学性质 不活泼的结论．
（4）红磷燃烧生成五氧化二磷固体，反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；其反应的文字表达式是：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；
（5）测定空气中氧气的体积分数利用的是压强的改变，所以若把红磷换成木炭，木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强，达不到实验目的．
（6）装置漏气，都能够导致测定的空气体积分数小于五分之一．
故答案为：
（1）确保集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）剧烈燃烧，发黄光，产生大量白烟，放热；烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；$\frac{1}{5}$；
（3）难；不活泼；
（4）红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷（4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅）
（5）否，木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强，达不到实验目的．
（6）装置漏气，红磷不足，没有冷却至室温就打开弹簧夹．

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．