题目内容

2．小军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，目的是确保将集气瓶内的氧气消耗尽，使实验结果更准确．
（2）步骤②集气瓶中的现象是红磷燃烧，生成大量的白烟，其反应的文字表达式为红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；步骤③中打开止水夹后观察到的现是烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处．
（3）该实验可推论出氮气的性质：不溶于水等．（任写一条即可）
（4）小军检查装置气密性良好后，将盛有燃着红磷的燃烧匙迅速伸入广口瓶中，并把塞子塞紧，待火焰熄灭后，就打开弹簧夹，发现进入集气瓶的水远不到瓶容积的$\frac{1}{5}$．经过认真分析，小军发现实验失败的原因是（至少写一点）红磷的量不足、装置没有完全冷却等．
（5）若小军将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？为什么？不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流．
（6）小军反思上述实验的探究过程后认为：用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在药品的选择和生成物的要求上应考虑是要能消耗氧气，又不会跟空气中的其他成分反应，而且生成物为固体．

分析 （1）根据该实验注意事项分析；
（2）根据红磷的燃烧现象、反应结合压强知识分析．红磷与氧气反应生成五氧化二磷固体，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）根据集气瓶内剩余的气体主要是氮气分析氮气的性质；
（4）根据实验的注意事项分析误差；
（5）根据测定空气中氧气含量的实验的原理分析；
（6）根据测定原理分析药品及生成物的要求．

解答 解：（1）该实验中红磷需稍过量，目的是：确保将集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）点燃的红磷，在集气瓶燃烧，生成大量的白烟．红磷燃烧生成了五氧化二磷，反应的文字表达式为：红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；由于红磷与氧气反应生成五氧化二磷固体，消耗了瓶内的气体，压强减小，所以，打开止水夹后观察到的现是：烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；
（3）由于集气瓶内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；
（4）通过可燃物消耗氧气使装置内气压减小，外界液体就可以等体积进入，从而测定出氧气的体积．
在该实验中，如果红磷的量不足不能完全消耗氧气或装置漏气、装置没有完全冷却等，就会使进入集气瓶中水的体积不到总容积的五分之一；
（5）不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流；
（6）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（如果能够像办法处理后期生成的气体也可以考虑使用）．
故答案为：（1）确保将集气瓶内的氧气消耗尽；
（2）红磷燃烧，生成大量的白烟；红磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；烧杯中的水倒流至集气瓶，液面上升在一等分刻度处；
（3）不溶于水等；
（4）红磷的量不足、装置没有完全冷却等；
（5）不能，因为碳粉燃烧消耗掉氧气同时又生成了二氧化碳等气体，瓶内压强基本不变，水不倒流；
（6）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 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．

练习册系列答案
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过氧化氢制取氧气过氧化氢$\stackrel{二氧化锰}{→}$水+氧气；分解反应．

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