Question

某化学兴趣小组想亲身感受科学家的探究历程，他们选择了“空气中氧气含量的粗略测定”为探究内容．

（一）首先他们分组讨论
（1）小雨小组认为，选择的药品既要能消耗氧气，又不能与空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．他们应该选择

 

（填序号），为了充分消耗容器中的氧气，药品的用量应保证

 

．
A．蜡烛   B．硫粉    C．红磷    D．镁粉
（2）小雨小组设计了如图1所示的实验装置为了确保实验的成功，首先应保证该装置

 

良好．
（3）小明同学平时善于动脑筋，对实验又进行了反思，提出了改进方法，如图2，（用放大镜聚太阳光使红磷燃烧）你认为改进后的优点是

 

．
（二）在充分讨论的基础上他们进行了实验．
将导管上的弹簧夹夹紧，在燃烧匙中装满红磷，把燃烧匙放在酒精灯火焰上，点燃红磷后，迅速插入集气瓶内，塞紧橡皮塞．小华观察到红磷在瓶内继续燃烧，瓶内充满白烟．待集气瓶冷却到室温，瓶内白烟消失后，发现燃烧匙内红磷有剩余．把导管的另一端插入盛水的烧杯中，打开弹簧夹，水进入集气瓶．
（1）写出红磷燃烧的文字表达式

 

．
（2）水进入集气瓶的原因是

 

．
（3）燃烧后，广口瓶内剩余的气体主要是氮气．请结合实验推测氮气的物理性质

 

和化学性质

 

．
（三）实验结束后，大家整理的实验数据如下：

组	1	2	3	4	5	6	7	8
集气瓶容积/mL	20	20	20	20	20	20	20	20
进入水的体积/mL	4	3.5	4	4	4	4.5	4

通过对实验结果的交流，大多数组的同学都验证出氧气约占空气体积的

 

，只有第8组没能得到实验数据，原因是他们用硫粉进行试验．经研究，同学们一致认为如果事先在集气瓶内注入少量的氢氧化钠溶液来吸收

 

气体，实验也能成功．
已知空气中氧气的体积分数为21%，小兰同学用如图3所示的装置进行验证，实验后发现测得的氧气体积分数小于

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，请你帮她分析造成这种结果的可能原因（至少答两点）：
①

 

；②

 

．
该实验还说明了氮气具有的性质
①

 

；②

 

．

Answer 1

考点：测定空气里氧气含量的探究,书写化学方程式、文字表达式、电离方程式

专题：科学探究

分析：只有熟悉用红磷测定空气组成的实验原理、操作、现象、结论和注意事项，才能正确解答本题．本题是测定氧气在空气中的体积分数时，要把空气中的氧气消耗掉，在本实验中用的是红磷，装置设计的也比较好，要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②白磷足量；③必须冷却到室温再读数．最后得出氧气约占空气体积的

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．还要注意红磷在空气中燃烧的现象：发黄光、放出热量、冒出大量的白烟．还要注意描述氮气的性质．

解答：解：
（一）
（1）只有红磷既能消耗氧气，又不与空气中的其他成分反应，而且生成物为固体，故选C；为了充分消耗容器中的氧气，应保证红磷足量．
（2）由于本实验涉及气体的消耗和气压的变化，因此首先应保证装置的气密性良好．
（3）通过凸透镜聚光引燃红磷，不需要打开瓶塞，空气出不来也进不去，测量比较准确．用酒精灯引燃红磷，红磷燃烧生成了五氧化二磷进入空气会污染空气，由于磷燃烧放出大量的热，打开瓶塞时容易使空气受热而逸出．所以实验的优点是：误差少或无污染．
（二）
（1）红磷燃烧是指磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，故答案为：磷+氧气

点燃

五氧化二磷
（2）水进入集气瓶的原因是：磷燃烧消耗瓶内氧气，内外产生压强差，瓶内压强小于大气压．故答案为：磷燃烧消耗瓶内氧气，瓶内压强小于大气压
（3）广口瓶内剩余的气体主要是氮气，通过观察和实验得知：氮气是无色无味的气体，难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧等．故答案为：物理性质：无色、无味，不易溶于水．化学性质：氮气不支持燃烧
（三）大多数组的同学都验证出氧气约占空气体积的

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；
硫燃烧产生了二氧化硫，二氧化硫能与氢氧化钠反应而消耗掉．因此可用氢氧化钠来吸收生成的二氧化硫．
由测定空气中氧气体积分数的实验的操作过程及注意事项可知，造成测得的氧气体积分数小于

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结果的可能原因：①红磷的量不足，瓶内氧气没有耗尽，②装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内，③未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少等；
实验中当装置内进入水以后，氮气依然能够存在这就说明氮气是不溶于水的也不和水反应．另外在红磷和氧气反应的过程中，氮气没有被消耗，所以氮气不和氧气、红磷反应，氮气的化学性质不活泼．
答案：
（一）（1）C；足量．（2）气密性．（3）装置严密，误差小
（二）
（1）磷+氧气

点燃

五氧化二磷  
（2）磷燃烧消耗瓶内氧气，瓶内压强小于大气压
（3）无色、无味，不易溶于水   氮气不支持燃烧
（三）

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；二氧化硫．
①红磷的量不足，②装置漏气；
①难溶于水，②化学性质不活泼．

点评：本考点考查了用红磷测定氧气在空气中的体积分数和文字表达式的书写，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验要具体问题具体分析，根据设计的步骤中不同的现象去思考、去探究，从而回答题目给出的问题．本考点主要出现在填空题和实验题中．