Question

9．已知空气的主要成分是氮气和氧气，某课外活动小组设计测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图所示：
（1）该实验中红磷稍过量，目的是将空气中氧气完全反应．
（2）待燃烧停止，白烟消失并冷却后，打开止水夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水量约是集气瓶体积的$\frac{1}{5}$，由本实验还可以推知氮气的哪一性质？试写出其中一种不溶于水，或不燃烧、不助燃，比较稳定．
（3）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？否，理由是生成物是气体，瓶内压强不变小
（4）实验后发现气体减少的体积小于$\frac{1}{5}$，请你帮助这位同学找出可能造成这样结果的原因是：
①红磷的量不足 ②装置气密性不好
③没有冷却到室温就打开止水夹
（5）若实验后发现气体减少的体积大于$\frac{1}{5}$，可能造成这样结果的原因是：
①向瓶口塞入胶塞过慢 ②弹簧夹没有夹紧．

Answer 1

分析 测定空气中氧气含量实验的实验原理是在密闭容器内消耗氧气，测量容器内气体体积的减少量确定氧气的含量．因此在选择消耗氧气的药品时，应考虑能与空气中的氧气反应而不与空气中的其他成分反应，生成物不能为气体，还应注意装置不漏气，药品的量要足，读数时温度要回到原来的温度等等．根据氧气体积分数大于1/5是由于装置内的气体压强减小所致．

解答 解：（1）磷与氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷．该实验中红磷稍过量，目的是将空气中氧气完全反应．
（2）待燃烧停止，白烟消失并冷却后，打开止水夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水量约是集气瓶容积的$\frac{1}{5}$，由本实验还可以推知氮气性质有：不溶于水，或不燃烧、不助燃，比较稳定．
（3）若将红磷换成炭粉，该实验不能获得成功，理由是生成物是气体，瓶内压强不变小；
（4）空气中氧气含量的测定，对实验的成败注意事项为：要保证药品过量，要保证装置的气密性良好，同时一定要等到温度恢复到室温再打开止水夹让外界液体进入装置内．所以在分析造成装置造成结果小于$\frac{1}{5}$时，要考虑药品的量可能不足造成没有将氧气完全消耗，同时要考虑同时一定要等到温度恢复到室温再打开止水夹，还要考虑装置在药品的足够的情况下因为气密性不好，导致液体不能等体积进入而引起结果偏低．
（5）测得的氧气体积分数大于$\frac{1}{5}$说明从装置内出来的气体多了，即有可能向瓶口塞入胶塞过慢由于磷燃烧放热使瓶内气体被赶出一部分．
故答案为：
（1）将空气中氧气完全反应；
（2）$\frac{1}{5}$；不溶于水，或不燃烧、不助燃，比较稳定
（3）否；生成物是气体，瓶内压强不变小；
（4）①红磷的量不足；②装置气密性不好；③没有冷却到室温就打开止水夹；
（5）①向瓶口塞入胶塞过慢；②弹簧夹没有夹紧．

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，难度稍大．