Question

7．某同學設計了測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗裝置如圖．該同學的實驗步驟如下：
①將圖中的集氣瓶分為5等份，并作好標記．②在帶橡皮塞和導管的燃燒匙內裝入足量的紅磷，將導管上的止水夾夾緊，在酒精燈上點燃紅磷，并立即伸入集氣瓶內，塞緊橡皮塞．③充分反應后，待集氣瓶冷卻至室溫，打開止水夾．請回答下列問題：
（1）該實驗中紅磷需稍過量目的是使空氣中的氧氣全部消耗完．
（2）步驟③中打開止水夾后觀察到的現象，由此可得出空氣中氧氣的體積分數約為$\frac{1}{5}$．該反應的文字表達式是紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（3）實驗過程中，哪些因素會造成水面沒有上升到$\frac{1}{5}$處．①沒有冷卻到室溫就打開止水夾；②裝置漏氣；③紅磷量不足等
（4）該實驗能否用碳、硫代替紅磷？不能．原因是碳與氧氣反應生成二氧化碳，硫和氧氣反應生成二氧化硫，雖然都消耗了氧氣，但又生成了氣體，裝置內氣體壓強保持不變，水不會進入集氣瓶．

Answer 1

分析 （1）依據紅磷能與空氣中的氧氣反應生成五氧化二磷，五氧化二磷是一種固體進行分析；
（2）紅磷與氧氣反應生成固體，消耗了瓶內的氣體，壓強減小，外界大氣壓會壓著水進入集氣瓶；
（3）如果操作不當，會影響實驗結果，甚至會導致實驗失敗．只有熟悉用紅磷測定空氣組成的實驗原理、操作、現象、結論和注意事項，才能正確解答本題．
（4）根據碳和硫與氧氣反應的生成物考慮．

解答 解：（1）為了使集氣內的氧氣完全消耗完在做實驗時紅磷要過量，
故答案為：使空氣中的氧氣全部消耗完；
（2）紅磷消耗了空氣中的氧氣使集氣瓶內的壓強減小；因為進入水的體積約為容積的$\frac{1}{5}$，該反應的文字表達式是紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，
故答案為：$\frac{1}{5}$、紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（3）裝置漏氣最終會使瓶內氣體減少的少，水倒流入瓶內的就少；紅磷量不足，沒有將氧氣完全消耗；沒有冷卻到室溫就打開止水夾，瓶內氣壓比室溫下偏大，水倒流入瓶內的就少，這樣都會使進入集氣瓶的水不足容積的五分之一；
（4）碳與氧氣反應生成二氧化碳，硫和氧氣反應生成二氧化硫，雖然都消耗了氧氣，但又生成了氣體，裝置內氣體壓強保持不變，水不會進入集氣瓶．
故答案為：
（1）使空氣中的氧氣全部消耗完．
（2）$\frac{1}{5}$．紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（3）①沒有冷卻到室溫就打開止水夾；②裝置漏氣；③紅磷量不足等
（4）不能．碳與氧氣反應生成二氧化碳，硫和氧氣反應生成二氧化硫，雖然都消耗了氧氣，但又生成了氣體，裝置內氣體壓強保持不變，水不會進入集氣瓶．．

點評 在做測定空氣中氧氣的體積分數實驗時選擇的藥品只能跟空氣中的氧氣反應不能跟其它物質發生反應，同時還不能產生氣體．