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.

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