Question

14．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，目的是使集气瓶中的氧气完全消耗．
（2）步骤③中打开止水夹后观察到的现象是烧杯内的水沿导管流入集气瓶中，液面大约在标记1处，由此可得出空气中氧气的体积分数约为$\frac{1}{5}$．
（3）磷在空气中燃烧生成的氧化物通常可作强干燥剂．己知在标准状况下，32g氧气的体积是22.4L，在该条件下，制备71g这种干燥剂所消耗的空气的体积约为140L．

Answer 1

分析 （1）根据红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固体进行解答；
（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；
（3）根据需要根据磷燃烧的化学方程式，计算出制备71g五氧化二磷需要多少氧气，然后根据氧气在空气中所占体积分数计算出空气的体积．

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；故填：能尽量消耗集气瓶内空气中的氧气；
（2）红磷与氧气反应，生成了五氧化二磷固体，所以会导致集气瓶内压强减小，水被压入集气瓶，进入的水量正好占据集气瓶内氧气的空间，约为集气瓶体积的五分之一；据实验现象可得出空气中氧气的体积分数约为五分之一；故填：烧杯中的水进入集气瓶中，集气瓶中的水面上升，约占总体积的五分之一；$\frac{1}{5}$；
（3）设制备71g五氧化二磷需要氧气质量为X
4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅
160                 284
x                     71g
$\frac{160}{x}=\frac{284}{71g}$
解得：x=40g
40g氧气的体积为：$\frac{22.4L}{32g}×40g$=28L
消耗空气的体积为：28L÷$\frac{1}{5}$=140L
故答案为：（1）使集气瓶中的氧气完全消耗；
（2）烧杯内的水沿导管流入集气瓶中，液面大约在标记1处；$\frac{1}{5}$；
（3）140L．

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．