Question

4．已知空氣的主要成分是氮氣和氧氣，某課外活動小組設計測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗裝置如圖所示：
（1）紅磷在集氣瓶中發生反應的表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．該實驗中紅磷稍過量，目的是使集氣瓶內的氧氣盡可能被消耗．有同學在做該實驗時發現實驗結果偏小，你知道還有哪些原因會導致這種結果，請寫出其中兩種紅磷不足、，裝置漏氣．
（2）待燃燒停止，白煙消失并冷卻后，打開止水夾，觀察到燒杯中的水進入集氣瓶，瓶內水量約是集氣瓶體積的$\frac{1}{5}$．剩下的氣體主要是氮氣，該氣體在空氣中的體積分數約為$\frac{4}{5}$，由本實驗還可以推知氮氣的物理、化學性質各一種：物理性質；難溶于水化學性質不燃燒、不支持燃燒
（3）若將紅磷換成炭粉，該實驗能否獲得成功？不能，理由是炭粉燃燒消耗氧氣，同時生成二氧化碳氣體，集氣瓶內壓強基本不變．能否用鐵絲替代？理由是不能；鐵絲在空氣中不能燃燒．

Answer 1

分析 本題是測定空氣中氧氣的含量，我們常用燃燒紅磷或白磷的方法，因為磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，幾乎不占空間，使得內外產生氣壓差，從而得到正確的結論．因此在選擇可燃物時，必須考慮到：燃燒的條件；生成物的狀態；不與空氣中其他物質發生反應．保證本實驗成功的關鍵是：①裝置氣密性好；②紅磷要足量；③要冷卻至室溫再讀數．最后根據氮氣的性質進行解答．

解答 解：（1）紅磷在集氣瓶中燃燒生成了五氧化二磷，反應的表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．該實驗中紅磷稍過量，目的是使集氣瓶內的氧氣盡可能被消耗．有同學在做該實驗時發現實驗結果偏小，可能的原因是：紅磷不足、裝置漏氣、未冷卻到室溫就打開彈簧夾、水停留在導氣管中等．
（2）待燃燒停止，白煙消失并冷卻后，打開止水夾，觀察到燒杯中的水進入集氣瓶，瓶內水量約是集氣瓶體積的$\frac{1}{5}$．剩下的氣體主要是氮氣，該氣體在空氣中的體積分數約為$\frac{4}{5}$，由本實驗還可以推知氮氣的物理、化學性質各一種：物理性質難溶于水，化學性質是不燃燒、不支持燃燒．
（3）若將紅磷換成炭粉，該實驗不能獲得成功，理由是：炭粉燃燒消耗氧氣，同時生成二氧化碳氣體，集氣瓶內壓強基本不變；不能用鐵絲替代，理由是鐵絲在空氣中不能燃燒．
故答為：（1）磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷，使集氣瓶內的氧氣盡可能被消耗；紅磷不足、裝置漏氣、未冷卻到室溫就打開彈簧夾、水停留在導氣管中等．
（2）$\frac{1}{5}$，氮氣.$\frac{4}{5}$  難溶于水；不燃燒、不支持燃燒；
（3）不能；炭粉燃燒消耗氧氣，同時生成二氧化碳氣體，集氣瓶內壓強基本不變；不能；鐵絲在空氣中不能燃燒．

點評 本題主要考查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，難度稍大．