Question

19．法國化學家拉瓦錫通過實驗得出的結論是氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，某學校興趣小組同學模仿教材中實驗，分別用如圖1所示四個裝置進行實驗驗證．（燒杯和集氣瓶中液體為水）
（1）用A裝置實驗，一切操作規范，但幾乎沒有水進入集氣瓶中，原因是木炭燃燒生成的二氧化碳是氣體，不能使瓶內外形成氣壓差；
（2）圖2是同學們對裝置B的改進實驗．主要操作是：在實際容積為250mL的集氣瓶里，先裝進50mL水，再按圖2連接好儀器，按下熱的玻璃棒，白磷立即被點燃，集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是ACD（填序號）
A．加快集氣瓶冷卻
B．減少集氣瓶空間
C．緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高
D．液封導氣管末端以防氣體逸出
（3）同學們沒有用裝置C進行實驗，他們認為，使用該裝置實驗，無法得出氧氣體積的占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，理由是鐵絲在空氣中不能燃燒．
（4）同學們用D圖進行實驗時，發現在生成的白色固體中還夾雜著少量的淡黃色固體．通過化學學習知道鎂條在氧氣中燃燒生只成白色的氧化鎂固體．
[提出問題]為什么會生成淡黃色固體？
[查閱資料]小明查閱資料，記錄了下列幾種物質的顏色：

物質	氧化鎂MgO	氯化鎂MgCl2	氮化鎂Mg3N2	硝酸鎂Mg（NO3）2
顏色	白色	白色	淡黃色	白色

其他同學認為不必查閱氯化鎂的顏色，他們認為不可能生成氯化鎂，理由是空氣中不含氯元素．
[提出猜想]分析資料，小明認為淡黃色固體可能是由鎂與空氣中的氮氣反應生成的．
[實驗探究]小明設計實驗證實了自己猜想，他的實驗方案是將點燃的鎂條伸人充滿氮氣的集氣瓶中，觀察是否生成淡黃色的固體．
[實驗結論]根據小明的實驗結果，寫出鎂條在空氣中燃燒的一個文字表達式鎂+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$氧化鎂．
[實驗反思]①用D圖進行實驗，則測得的氧氣的含量會＞$\frac{1}{5}$（填“＞”，“＜”或“=”）．
②已知m克MgO和Mg₃N₂的混合物中鎂元素的質量為6克，則m的取值范圍是8.3克＜m＜10克．

Answer 1

分析 （1）題目要求分析可能造成測量結果小于$\frac{1}{5}$的原因，不僅僅是產生誤差，而是強調小于$\frac{1}{5}$，所以要圍繞偏低的各種可能進行分析．
（2）集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：加快集氣瓶冷卻，液封導氣管末端以防氣體逸出，緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高．
（3）考慮鐵絲在空氣中不能燃燒．
（4）【查閱資料】根據質量守恒定律確定產物中一定不存在氯化鎂；
【提出猜想】根據空氣的成分和固體的顏色判斷淡黃色固體的來源；
【實驗探究】根據在純氧氣中燃燒鎂條只生成白色固體，在純氮氣中燃燒鎂條只生成淡黃色色固體，可采取分別在純氧氣和純氮氣中燃燒鎂條，觀察現象的方法；
【實驗結論】根據反應的反應物、生成物和反應條件書寫方程式；
【實驗反思】根據鎂可以在氮氣中燃燒這一特殊性質分析回答．

解答 解：（1）空氣中氧氣含量的測定，對實驗的成敗注意事項為：要保證藥品過量，要保證裝置的氣密性良好，同時一定要等到溫度恢復到室溫再打開止水夾讓外界液體進入裝置內．所以用A裝置實驗，一切操作規范，但幾乎沒有水進入集氣瓶中，原因是碳燃燒生成二氧化碳氣體，壓強幾乎沒變．
（2）集氣瓶里預先裝進的50mL水，在實驗過程中起到的作用是：加快集氣瓶冷卻，液封導氣管末端以防氣體逸出，緩沖集氣瓶內氣壓的驟然升高；故答案為：ACD；
（3）鐵絲在空氣中不能燃燒，故無法得出氧氣的占空氣總體積的$\frac{1}{5}$；
（4）【查閱資料】根據質量守恒定律，化學反應前后元素的種類不變，由于空氣中無氯元素，所以燃燒產物中一定不存在氯化鎂；
【提出猜想】空氣中含有氮氣，在空氣中點燃鎂條時，生成的白色固體物質中夾雜著少量的淡黃色固體，而氮化鎂為淡黃色，所以淡黃色的固體可能是鎂與空氣中的氮氣反應生成的．
【實驗探究】由于在純氧氣中燃燒鎂條只生成白色固體氧化鎂，在純氮氣中燃燒鎂條只生成淡黃色色固體氮化鎂，分別在純氧氣和純氮氣中燃燒鎂條，觀察現象的方法．
【實驗結論】鎂和氧氣在點燃的條件下燃燒生成氧化鎂，文字表達式為：鎂+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$氧化鎂；鎂和氮氣在點燃的條件下反應生成氮化鎂，文字表達式為：鎂+氮氣$\stackrel{點燃}{→}$氮化鎂；
【反思與評價】①由此可知：用D圖進行實驗，則測得的氧氣的含量會大于$\frac{1}{5}$
②假設6g鎂全部來源于氧化鎂，則氧化鎂的質量=6g÷$\frac{24}{24+16}×$100%=10g
假設6g鎂全部來源于氮化鎂，則氮化鎂的質量=6g÷$\frac{24×3}{24×3+14×2}$×100%≈8.3g
則m的取值范圍是8.3克＜m＜10克．
故答案為：
（1）木炭燃燒生成的二氧化碳是氣體，不能使瓶內外形成氣壓差；
（2）ACD；
（3）鐵絲在空氣中不能燃燒；
（4）空氣中不含氯元素；氮氣；將點燃的鎂條伸人充滿氮氣的集氣瓶中，觀察是否生成淡黃色的固體；鎂+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$氧化鎂；
＞；8.3克＜m＜10克

點評 正確理解質量守恒定律的內容，了解燃燒的定義及定義的拓展意義是解決問題的關鍵，書寫化學方程式一定要確定反應物和生成物的化學式，不要忘記配平和條件．