Question

10．某兴趣小组设计了测定空气中氧气含量的实验，甲同学实验装置（如图1所示）．该同学的实验步骤如下：①将图中的集气瓶水面以上容积分为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，目的是使瓶内氧气完全反应；
（2）步骤②集气瓶中的现象是产生大量白烟，放出热量，其反应的文字表达式为红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；该同学实验后发现测得的氧气体积分数小于 $\frac{1}{5}$，请你帮该同学分析造成这种结果的可能原因（答两点）①红磷量不足②未等冷却到室温就打开止水夹等；
（3）乙同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示 ），你认为改进后的优点是：装置气密性更好，实验结果更准确；
（4）该实验可推论出氮气易（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；
（5）请说出氮气的一条用途做食品保护气．

Answer 1

分析 （1）依据红磷能与空气中的氧气反应生成五氧化二磷，五氧化二磷是一种固体进行分析；
（2）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；
如果操作不当，会影响实验结果，甚至会导致实验失败．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．
（3）根据装置特点分析优点；
（4）根据实验现象分析氮气的性质；
（5）根据氮气的用途解答．

解答 解：（1）为了使集气内的氧气完全消耗完在做实验时红磷要过量；
（2）红磷消耗了空气中的氧气使集气瓶内的压强减小；因为进入水的体积约为容积的$\frac{1}{5}$，该反应的文字表达式是红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，
装置漏气最终会使瓶内气体减少的少，水倒流入瓶内的就少；红磷量不足，没有将氧气完全消耗；没有冷却到室温就打开止水夹，瓶内气压比室温下偏大，水倒流入瓶内的就少，这样都会使进入集气瓶的水不足容积的五分之一；
（3）乙同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示 ），你认为改进后的优点是：装置气密性更好，实验结果更准确；
（4）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；
（5）氮气化学性质稳定，可以做食品保护气．
答案：
（1）使瓶内氧气完全反应（合理即可）；
（2）产生大量白烟，放出热量；红磷+氧气 $\stackrel{点燃}{→}$ 五氧化二磷；红磷量不足；未等冷却到室温就打开止水夹等（合理即可）
（3）装置气密性更好，实验结果更准确；
（4）难； 不活泼
（5）做食品保护气（合理即可）

点评 在做测定空气中氧气的体积分数实验时选择的药品只能跟空气中的氧气反应不能跟其它物质发生反应，同时还不能产生气体．