Question

2．某同學用如圖所示裝置測定空氣中氧氣的體積分數．
（1）紅磷在空氣中燃燒的現象；實驗結束后，打開彈簧夾后可以觀察到的現象是水沿導管進入集氣瓶，且達到集氣瓶容積的約五分之一處、．
（2）實驗結束后，發現進入廣口瓶內水的體積小于廣口瓶中原來空氣的$\frac{1}{5}$，實驗分析可能是有哪幾種原因引起的紅磷的量不足；裝置漏氣等（至少寫兩種）．
（3）燃燒后，集氣瓶內剩余的氣體主要是氮氣．由此推測氮氣的化學性質有不支持燃燒．
（4）實驗課上，某同學用足量的木炭代替紅磷做上述實驗，結果實驗失敗，請你幫他分析原因：碳燃燒產物是二氧化碳氣體，不能使瓶內的氣壓減小，因而水就基本不倒流．
（5）根據硝酸銨（NH₄NO₃）的化學式計算：
A、硝酸銨的相對分子質量80
B、硝酸銨中各元素的質量比7：1：12
C、硝酸銨中氮元素的質量分數35%
D、160kg硝酸銨中含氮元素的質量56Kg．

Answer 1

分析 （1）根據磷燃燒的現象、裝置內壓強的變化考慮；
（2）造成測得氧氣的體積分數小于五分之一的因素可以從以下四個方面考慮：①裝置是否漏氣②紅磷的用量是否充足③瓶內的氧氣是否耗盡④裝置是否冷卻到室溫；
（3）由紅磷消耗完氧氣后，不再繼續燃燒，說明氮氣不能支持燃燒；由燒杯內的水進入集氣瓶的五分之一后，不能繼續進入，說明氮氣難溶于水．
（4）根據測定原理分析，產生的二氧化碳是氣體；
（5）A、根據相對分子質量為構成分子的各原子的相對原子質量之和，進行分析解答．
B、根據化合物中各元素質量比=各原子的相對原子質量×原子個數之比，進行分析解答．
C、根據化合物中元素的質量分數=$\frac{相對原子質量×原子個數}{相對分子質量}$×100%，進行分析解答．
D、根據化合物中某元素的質量=該化合物的質量×該元素的質量分數，進行分析解答．

解答 解：（1）由于磷燃燒生成五氧化二磷是白色固體，現象是紅磷燃燒發出黃光，冒出大量的白煙；磷燃燒消耗氧氣使瓶內壓強減小，在外界大氣壓的作用下水沿著導管被壓入集氣瓶內，并進入集氣瓶容積的五分之一；由此得出的結論是氧氣占空氣體積的$\frac{1}{5}$；
（2）測定空氣中氧氣的含量實驗原理：利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使左邊集氣瓶內氣體體積變小，壓強變小，從而在外部大氣壓的作用下使燒杯內的水進入集氣瓶，通過測量進入集氣瓶中水的量來確定空氣中氧氣的體積分數．如果所用紅磷的量不足，造成瓶內空氣中的氧氣沒有完全被消耗，所以會使所測得的氧氣的體積分數偏小；如果裝置漏氣，則形成的壓強差會從漏氣的地方進入空氣，也會導致進入集氣瓶的水的量偏小，即測得氧氣的體積分數偏小；故答案為：紅磷的量不足；裝置漏氣等．
（3）由于紅磷消耗完氧氣后，不再繼續燃燒，說明氮氣不能支持燃燒；由燒杯內的水進入集氣瓶的$\frac{1}{5}$后，不能繼續進入，說明氮氣難溶于水；故答案為：不支持燃燒；
（4）用木炭不能得到準確的結論，因為碳燃燒產物是二氧化碳氣體，不能使瓶內的氣壓減小，因而水就基本不倒流；
（5）A、硝酸銨的相對分子質量為14×2+1×4+16×3=80．
B、硝酸銨中氮、氫、氧元素的質量之比是（14×2）：（1×4）：（16×3）=7：1：12．
C、NH₄NO₃中氮元素的質量分數為$\frac{14×2}{80}$×100%=35%．
D、160kg硝酸銨中含氮元素的質量是160kg×35%=56kg．
故答案為：（1）發出黃光，冒出大量的白煙；水沿導管進入集氣瓶，且達到集氣瓶容積的約五分之一處、氧氣占空氣體積的$\frac{1}{5}$；
（2）紅磷的量不足；裝置漏氣等；
（3）不支持燃燒；
（4）碳燃燒產物是二氧化碳氣體，不能使瓶內的氣壓減小，因而水就基本不倒流；
（5）A、80；B、7：1：12；C、35%；D、56Kg；

點評 本題以空氣中氧氣的含量為載體，考查了相關化學方程式的書寫、所測氧氣含量偏低的原因、氮氣的性質等，考查學生科學探究和邏輯思維的能力．