Question

8．十八世纪法国化学家拉瓦锡为了研究空气的组成设计了一个划时代意义的实验
（1）拉瓦锡用如图1的装置进行实验，在观察到汞的表面浮起红色粉末状固体后，还继续加热12天，至红色粉末状固体不再增加，这样做的理由是为了保证把装置内的氧气全部反应完．
（2）实验室中甲同学用如图2所示的装置研究空气的组成．
①该实验中所发生反应的符号表达式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，实验的结论是氧气约占空气体积的五分之一，瓶中水的作用是降温，防止五氧化二磷污染空气．
②集气瓶中剩余的气体的性质是不溶于水，化学性质稳定（写出一条即可）
③实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因可能是装置漏气（写出一条即可）．
④乙同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图3所示），你认为改进后的优点是误差少或无污染（写出一条即可）．
（3）丙同学利用实验室存有的药品木炭粉和镁粉，利用钟罩装置进行测定的实验，燃烧前后的现象如图4、图5．
①钟罩中的木炭粉发生反应的符号表达式为C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂，反应后水没有进入钟罩的原因是木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强基本不变若仍然用木炭，要想使实验也能取得较好的效果，应进行的改进是瓶内换成氢氧化钠溶液．
②如果实验仪器气密性良好，所用的镁粉是足量的，镁粉燃烧后水几乎占滴整个钟罩的原因是镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应．
（4）反思甲、丙同学的探究过程我们可以发现，用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在选择药品时应考虑的因素有要能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体（写出一条即可）．

Answer 1

分析 （1）根据利用汞和氧气反应测定空气中氧气的含量的注意事项分析；
（2）本题是测定氧气在空气中的体积分数的实验探究，要把空气中的氧气消耗掉，在本实验中用的是红磷，磷和氧气在点燃的条件下生成白色五氧化二磷，因此，产生大量白烟，待红磷熄灭并冷却后打开弹簧夹，水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$；因此得出：氧气约占空气体积的五分之一；
红磷燃烧消耗掉氧气，集气瓶中剩余的气体主要是氮气；
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．图2装置设计的比较好，操作简单，并且试管内的空气也不会逸出来，比较严密；
本题中进入集气瓶中水的体积与理论值有差距，有可能有以下几点：装置漏气、红磷的量不足、没有冷却就读数．
（3）根据木炭燃烧生成二氧化碳气体；二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应解答．根据镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应解答．
（4）根据要能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体解答．

解答 解：
（1）利用汞和氧气反应测定空气中氧气的含量，需确保O₂完全被消耗；
（2）①红磷燃烧产生五氧化二磷，反应的方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；待红磷熄灭并冷却后打开弹簧夹，水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的$\frac{1}{5}$；由上述实验得出结论，氧气约占空气体积的五分之一；瓶中水的作用是降温，防止五氧化二磷污染空气；
②集气瓶中剩余的气体主要是氮气；氮气不溶于水，化学性质稳定；
③实验完毕，若进入集气瓶中水的体积与理论值有差距，导致这一结果的原因可能是：装置漏气、红磷的量不足、未等到装置冷却到室温就打开了止水夹等；
④通过凸透镜聚光引燃红磷，不需要打开瓶塞，空气出不来也进不去，测量比较准确．用酒精灯引燃红磷，红磷燃烧生成了五氧化二磷进入空气会污染空气，由于磷燃烧放出大量的热，打开瓶塞时容易使空气受热而逸出．所以实验的优点是：误差少或无污染．
（3）①钟罩中的木炭粉发生反应的符号表达式为：C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；反应后水没有进入钟罩的原因是：木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强基本不变；
若仍然用木炭，要想使实验也能取得较好的效果，应进行的改进是在瓶内换成氢氧化钠溶液；
②燃烧完毕冷却后水几乎占满整个钟罩，产生这一现象的可能原因是镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应；
（4）在选择该实验的替代物质时，物质应该满足：能够和氧气等单一物质反应，且本身不能是气体且生成物不能是气体（如果能够想办法处理后期生成的气体也可以考虑使用）．
答案：
（1）为了保证把装置内的氧气全部反应完；
（2）①4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧气约占空气体积的五分之一；降温，防止五氧化二磷污染空气；
②不溶于水，化学性质稳定；
③装置漏气；
④误差少或无污染；
（3）①C+O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$CO₂；木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强基本不变；瓶内换成氢氧化钠溶液；
②镁不仅能和氧气反应，还能够与氮气发生反应；
（4）要能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．

点评 本考点考查了用红磷及木炭测定氧气在空气中的体积分数和化学方程式的书写，属于实验方法和过程的探究，明确测定的原理及实验的注意事项是解题的关键．