Question

16．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）写出红磷燃烧的文字表达式红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（2）该实验中红磷需稍过量，目的是确保集气瓶中的氧气完全消耗．
（3）步骤③中打开止水夹后观察到的现象是水被压入集气瓶，进入的水约为集气瓶体积的$\frac{1}{5}$，由此可得出空气中氧气的体积分数约为$\frac{1}{5}$．
（4）该实验可推论出氮气难（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）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？不能．原因是炭粉燃烧生成了二氧化碳气体，瓶内压强无变化．

Answer 1

分析 （1）根据化学反应文字表达式的书写分析．
（2）根据该实验注意事项分析；
（3）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；根据实验现象分析；
（4）根据实验的现象分析氮气的性质；
（5）根据碳燃烧了二氧化碳气体分析．

解答 解：（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式是：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；
（2）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．
（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$\frac{1}{5}$；据实验现象可得出空气中氧气的体积分数约为$\frac{1}{5}$；
（4）剩余的气体主要是氮气，水进入瓶内占$\frac{1}{5}$，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）若将红磷换成炭粉，该实验不能获得成功，原因是：炭粉燃烧生成了二氧化碳气体，瓶内压强无变化．
故答案为：（1）红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷（2）确保集气瓶内的氧气消耗尽；（3）水被压入集气瓶，进入的水约为集气瓶体积的$\frac{1}{5}$，$\frac{1}{5}$；（4）难；不活泼；（5）不能，炭粉燃烧生成了二氧化碳气体，瓶内压强无变化．

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．