Question

19．某校研究性學習小組用如圖裝置進行鎂條在空氣中燃燒測定空氣中氧氣的體積分數，燃燒、冷卻后打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶體積的70%．
（1）為了確保實驗成功，首先應檢查裝置的氣密性．燃燒、冷卻后打開止水夾，水能進入集氣瓶的原因是鎂條燃燒消耗了集氣瓶內的氣體，使瓶內的壓強減小．
（2）如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%．現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70%，根據空氣的組成可推出減少的氣體中有氮氣．
【發現問題】氮氣是怎樣減少的呢？
【假設一】氮氣易溶于水．
【假設二】氮氣與鎂條反應而減少．
【查閱資料】鎂條在氮氣中能燃燒，產物為氮化鎂（Mg₃N₂）固體．氮化鎂中氮元素的化合價為-3．鎂條還可以在二氧化碳氣體中燃燒生成碳和氧化鎂，該反應的化學方程式是3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂．
（3）通過以上探究，你覺得要使實驗成功，選擇的反應物應符合：可燃物只與空氣中氧氣反應且生成物是固體．

Answer 1

分析 （1）根據實驗的注意事項分析；鎂燃燒后，燒杯內的壓強變小，大氣壓會把水壓入燒杯分析；
（2）①根據氧氣在空氣的體積分數，便知多少體積；②根據實驗現象實際進入水約占70%，這只能說明是空氣中的某些氣體和鎂反應了，或是空氣中的某些成分在該環境中發生了反應，據此可以提出假設二；
【查閱資料】根據化合物中元素化合價的特點計算化合價；根據鎂和二氧化碳氣體在點燃的條件下生成碳和氧化鎂寫出反應的方程式；
（3）根據測定氧氣的原理分析條件．

解答 解：（1）為了確保實驗成功，首先應檢查裝置的氣密性；鎂帶燃燒消耗了集氣瓶內的氣體，使瓶內的壓強減小；
（2）如果只和空氣中氧氣反應那么不會超過21%，因為空氣中氧氣占21%，則進入集氣瓶中的水也應該不超過21%，但現象卻是70%，那說明鎂還與空氣中的另一種氣體反應，又知空氣中氮氣所占比例最大，占78%，所以減少的氣體中肯定有氮氣氣體；
【查閱資料】氮化鎂（Mg₃N₂）中，鎂元素的化合價是+2價，因此氮元素的化合價是-3價；鎂和二氧化碳氣體在點燃的條件下生成碳和氧化鎂，反應的方程式為：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（3）通過以上探究，你會發現測定空氣中氧氣含量選擇可燃物的時候應注意：可燃物只與空氣中氧氣反應且生成物是固體．
故答案為：（1）檢查裝置的氣密性；鎂條燃燒消耗了集氣瓶內的氣體，使瓶內的壓強減小；
（2）21；氮氣與鎂條反應而減少；
【查閱資料】-3；3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂；
（3）可燃物只與空氣中氧氣反應且生成物是固體．

點評 本題難度不大，掌握實驗室測定空氣中氧氣含量的實驗原理、燃燒的條件、化學方程式的書寫方法等是正確解答本題的關鍵．