Question

16．某同學設計了如下實驗，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）該同學設計本實驗的目的是測定空氣中氧氣含量．
（2）步驟②集氣瓶中的現象是劇烈燃燒，發黃光，產生大量白煙，放熱，步驟③中打開止水夾后觀察到的現象是燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處．
（3）該實驗可推論出氮氣難（填“易”或“難”）溶于水和其化學性質不活潑（填“活潑”或“不活潑”）的結論．
（4）在本實驗中，若將紅磷換成炭粉，為什么該實驗不能獲得成功？木炭和氧氣反應又生成二氧化碳，沒有改變集氣瓶內的壓強，達不到實驗目的
（5）若實驗結束后，該同學發現水進入到集氣瓶中的體積小于$\frac{1}{5}$，寫出可能的原因．（至少寫2個）紅磷的量不足，裝置的氣密性不好．

Answer 1

分析 （1）實驗的目的是測定空氣中氧氣含量，原理是消耗氧氣使裝置內外產生壓強差，水被吸入占據氧氣的空間，從而達到測定氧氣的目的．
（2）根據紅磷的燃燒結合壓強知識分析，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；根據實驗現象分析；
（3）在該實驗中，剩余的氣體主要是氮氣；
（4）木炭和氧氣反應又生成二氧化碳，沒有改變集氣瓶內的壓強．
（5）根據若實驗中測得氧氣的體積分數低于五分之一，則造成此誤差的原因可能有紅磷量太少，沒有把裝置內的氧氣完全消耗；塞子未緊，裝置漏氣；未冷卻到室溫便測量．

解答 解：（1）實驗的目的是測定空氣中氧氣含量，原理是消耗氧氣使裝置內外產生壓強差，水被吸入占據氧氣的空間，從而達到測定氧氣的目的，紅磷過量，可使集氣瓶中的氧氣完全消耗．
（2）步驟②集氣瓶中的現象是 劇烈燃燒，發黃光，產生大量白煙，放熱，步驟③中打開止水夾的現象是燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處，由此得出的結論是：空氣中氧氣的體積分數約為五分之一；
（3）剩余的氣體主要是氮氣，水進入瓶內占五分之一，不再繼續進入，說明氮氣不能與紅磷反應，也不能溶于水或與水反應；則該實驗可推斷出氮氣 難溶于水和其化學性質 不活潑的結論．
（4）測定空氣中氧氣的體積分數利用的是壓強的改變，所以若把紅磷換成木炭，木炭和氧氣反應又生成二氧化碳，沒有改變集氣瓶內的壓強，達不到實驗目的．
（5）實驗結束后，發現進入集氣瓶的水的體積小于$\frac{1}{5}$，那么可能的原因有：①裝置的氣密性不好；②紅磷的量不足，集氣瓶中的氧氣沒有完全反應；③未待整個裝置冷卻至室溫就打開止水夾．
故答案為：（1）測定空氣中氧氣含量；
（2）劇烈燃燒，發黃光，產生大量白煙，放熱；燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處；
（3）難；不活潑；
（4）木炭和氧氣反應又生成二氧化碳，沒有改變集氣瓶內的壓強，達不到實驗目的．
（5）紅磷的量不足，裝置的氣密性不好．

點評 熟記用紅磷測定空氣里氧氣含量的實驗原理、操作步驟、實驗現象、實驗結論和注意事項是解答這類題目的基礎．