Question

5．甲同學設計了如圖所示的實驗裝置測定空氣中氧氣的體積分數，實驗步驟如下：
①將集氣瓶的容積劃分為5等份，并做好標記．
②在燃燒匙中裝入過量紅磷，將導管上的止水夾夾緊，點燃紅磷，并迅速伸人集氣瓶內，塞緊橡皮塞．
③待集氣瓶冷卻至室溫，打開止水夾．
回答下列問題：
（1）實驗時，燃燒匙里的紅磷需過量，其目的是確保集氣瓶內的氧氣消耗盡．
（2）實驗還可得出與氮氣有關的性質有氮氣不溶于水，不支持燃燒．
（3）實驗測出的空氣中氧氣的體積分數低于$\frac{1}{5}$，分析造成誤差的原因可能是紅磷的量不足；裝置漏氣等．
（4）請寫出紅磷燃燒的文字表達式紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．

Answer 1

分析 （1）根據該實驗注意事項分析；
（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）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；
（4）根據化學反應文字表達式的書寫分析．

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）紅磷與氧氣反應，生成了五氧化二磷固體，所以會導致集氣瓶內壓強減小，水被壓入集氣瓶，進入的水量正好占據集氣瓶內氧氣的空間，約為集氣瓶體積的五分之一；據實驗現象可得出空氣中氧氣的體積分數約為五分之一；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；
（3）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．
（4）紅磷燃燒生成五氧化二磷，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：（1）確保集氣瓶內的氧氣消耗盡；
（2）氮氣不溶于水，不支持燃燒；
（3）紅磷的量不足；裝置漏氣等；
（4）紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．

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．