Question

11．在“空氣中氧氣含量的測定”實驗探究中，小涵設計了如下實驗方案：在燃燒匙內盛過量紅磷，點燃后立即插入集氣瓶內，塞緊橡皮塞，待紅磷火焰熄滅，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾，水注入集氣瓶．（實驗裝置如圖1所示）回答下列問題：

（1）該反應的文字表達式是磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）小涵用上述實驗裝置測定的結果是：空氣中氧氣含量與正常值有較明顯的偏差，其操作上的原因可能是（要求答出兩種）：
①裝置氣密性不好；②紅磷量不足
（3）小盈也設計了一個實驗方案，裝置和操作同上，只不過用木炭代替紅磷．當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾后，水能否進入集氣瓶？為什么？
（4）若仍然用木炭代替紅磷，小盈的實驗方案應作何改進，才能保證實驗成功？（只需答出實驗方案中須改進的地方）
（5）而小淳同學更是對實驗裝置進行了大膽的改造，設計了如圖2所示的裝置．請根據圖示實驗回答下列問題：
①閉合電源開關，可以觀察到白磷燃燒，產生白煙．
②裝置冷卻到室溫時，可觀察到U型管內左側液面上升到刻度1處．
③通過這個實驗得出結論：氧氣約占空氣體積的五分之一．
④此實驗還可推知反應后剩余氣體的兩點性質是：不溶于水、不支持燃燒．

Answer 1

分析 （1）根據紅磷燃燒的反應原理書寫表達式；
（2）造成實驗結果不準確的原因可從是否進入空氣和氧氣是否被全部消耗等方面分析；
（3）用其他試劑代替紅磷時，不應生成氣體，會影響實驗結果；
（4）為了保證實驗結果，生成的氣體要吸收，吸收二氧化碳可用氫氧化鈉溶液；
（5）白磷的化學性質與紅磷相似：在空氣中能燃燒，發出黃光，產生大量白煙；白磷燃燒消耗氧氣，故U型管內的氣壓減小，液面上升；又因為氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，故上升至1刻度處；同時說明了剩余氣體不溶于水或不易溶于水，剩余白磷不再燃燒，說明剩余氣體不支持燃燒．

解答 解：（1）磷與氧氣在點燃的條件下反應生成五氧化二磷，故反應的文字表達式是：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）保證本實驗成功的關鍵是：裝置氣密性要好；紅磷要足量；要冷卻到室溫再讀數．故答案為：裝置氣密性不好；紅磷量不足；
（3）木炭燃燒生成的二氧化碳與消耗的氧氣的體積相等，燃燒前后集氣瓶內的壓強不變，所以當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾后，水不能進入集氣瓶；故填：不能，木炭燃燒生成的二氧化碳與消耗的氧氣的體積相等，燃燒前后集氣瓶內的壓強不變．
（4）為了保證實驗結果，生成的氣體要吸收，吸收二氧化碳可用氫氧化鈉溶液；
故答案為：在集氣瓶內壁預先涂一層氫氧化鈉溶液；或在瓶塞上插入吸有氫氧化鈉溶液的膠頭滴管，在打開鐵夾前，將滴管中的氫氧化鈉溶液注入集氣瓶中；
（5）①閉合電源開關，電熱絲發熱，當達到白磷的燃點時，白磷燃燒，產生白煙； ②裝置冷卻到室溫時，可觀察到U型管內左側液面上升到刻度1處；
③通過這個實驗得出的結論是：氧氣約占空氣體積的五分之一；④此實驗還可推知反應后剩余氣體的性質有：不溶于水也不支持燃燒．
故答案為：
（1）磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）裝置氣密性不好；紅磷量不足．
（3）不能，木炭燃燒生成的二氧化碳與消耗的氧氣的體積相等，燃燒前后集氣瓶內的壓強不變．
（4）在集氣瓶內壁預先涂一層氫氧化鈉溶液；或在瓶塞上插入吸有氫氧化鈉溶液的膠頭滴管，在打開鐵夾前，將滴管中的氫氧化鈉溶液注入集氣瓶中；
（5）①燃燒，產生白煙；②上升到刻度1處；③氧氣約占空氣體積的五分之一；④不溶于水；不支持燃燒．

點評 本題主要考查用白磷測定空氣組成的實驗原理、操作、現象、結論和注意事項，難度稍大，需學生結合課本知識仔細推敲．