Question

16．某课外活动小组在学习了书本“空气中氧气含量的测定”实验后，知道了五氧化二磷不能随便排放在空气中，否则会对空气造成污染，所以对该实验进行了改进：

在由两个注射器组成的密闭系统内共有50mL空气，如图1．然后给装有红磷的玻璃管加热．同时推动两个注射器的活塞，至玻璃管内的红磷变成白烟，且较长时间内无进一步变化时停止．停止加热后，待冷却至室温将气体全部推至一个注射器内．请根据你对上述实验的理解，回答下列问题：
（1）图1实验中观察到的现象是红磷燃烧，产生了大量的白烟，放热．红磷足量的目的是耗尽集气瓶中的氧气
若用图I装置实验结果是：空气中氧气含量小于空气总体积$\frac{1}{5}$，其操作上的原因可能是装置气密性不好．空气中氧气含量大于空气总体积$\frac{1}{5}$弹簧夹没夹紧．（各写出一点即可）
（2）图2实验结束后，注射器内的气体体积理论上应该减少约10mL．在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器的目的是使空气中的氧气与铜充分反应． 写出该反应的文字表达式氧气+铜$\stackrel{加热}{→}$氧化铜．
（3）某同学由本实验得到如下一些结论：①燃烧匙中红磷越多，水位上升越高．②空气中含有氮气、氧气、二氧化碳和稀有气体．③可用木炭替红磷完成该实验．④氮气难溶于水．其中正确的是：④（填序号）．

Answer 1

分析 （1）运用燃烧法测定空气中氧气的体积分数，需将氧气全部消耗掉该实验中红磷需稍过量，目的是为了耗尽集气瓶中的氧气；
（2）根据空气的组成可以知道，氧气约占空气体积的五分之一，所以小红实验过程中出现的现象是密闭容器内气体的体积约减少5mL，可以据此解答．
该反应中铜与氧气在加热条件下反应生成氧化铜，可以据此解答．小红在实验的加热过程中，交替缓慢推动两注射器的目的是使空气中的氧气与铜充分反应可以据此解答．
（3）根据测定时可以使用红磷燃烧消耗氧气使瓶内压强减小的方法，磷燃烧能生成五氧化二磷；进行此实验时，必须保证装置的气密性良好，红磷足量，瓶子冷却后再打开弹簧夹，否则会导致结果不准确，不能用木炭、硫等燃烧后生成气体的物质来替代红磷．

解答 解：（1）图1实验中观察到的现象是：红磷燃烧，产生了大量的白烟，放热；测定空气中氧气的体积分数，需将氧气全部消耗掉该实验中红磷需稍过量，目的是为了耗尽集气瓶中的氧气；若用图I装置实验结果是：空气中氧气含量小于空气总体积$\frac{1}{5}$，其操作上的原因可能是：装置气密性不好；红磷不足；没有冷却至室温就打开止水夹；空气中氧气含量大于空气总体积$\frac{1}{5}$，可能是弹簧夹没夹紧；
（2）根据空气的组成可以知道，氧气约占空气体积的五分之一，所以实验过程中出现的现象是密闭容器内气体的体积约减少10mL．在实验的加热过程中，交替缓慢推动两注射器的目的是使空气中的氧气与铜充分反应．该反应中铜与氧气在加热条件下反应生成氧化铜，该反应的文字表达式为：氧气+铜$\stackrel{加热}{→}$氧化铜．
（3）如下这些结论中：①燃烧匙中的红磷越多，水位上升越高；错误，因为空气中氧气的体积是一定的；②空气含有氮气、氧气、二氧化碳和稀有气体；错误，此实验不能证明空气中有氮气、二氧化碳和稀有气体；③可用木炭代替红磷完成该实验；错误，木炭燃烧生成二氧化碳，瓶内气压变化较小；④氮气难溶于水；结论正确，故选④．
答案为：
（1）红磷燃烧，产生了大量的白烟，放热；耗尽集气瓶中的氧气；装置气密性不好；弹簧夹没夹紧；
（2）10；使空气中的氧气与铜充分反应；氧气+铜$\stackrel{加热}{→}$氧化铜；
（3）④．

点评 本题主要考查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，难度不大，能够考查学生分析问题能力．