Question

20．根據初中化學知識，探究空氣中氧氣含量實驗．小明根據所學內容，紅磷、白磷、木炭、鎂條都可以和氧氣發生反應，但是哪種物質更適用于測定空氣中氧氣含量，小明進行如下探究．
【探究問題】紅磷、白磷、木炭、鎂條幾種物質，哪種更適用于測定空氣中氧氣含量？
【查閱資料】
①紅磷、白磷對比情況

	紅磷	白磷
狀態	暗紅色固體	蠟狀固體 有毒
燃燒溫度	240°C	40°C

②鎂條可以與空氣中多種物質反應，如N₂、CO₂等
探究過程】如下圖所示，按照實驗裝置進行實驗，探究幾種物質測定空氣中O₂含量的可行性．
（1）紅磷、白磷探究實驗
小明認為選用紅磷進行實驗，其原因是紅磷無毒，白磷有毒．

如圖所示，將足量紅磷放到燃燒匙中，點燃紅磷，進行實驗

1產生黃色火焰，冒出大量白煙，瓶壁有熱感 2待紅磷燃燒停止并冷卻后，打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占1/5

空氣中氧氣約占$\frac{1}{5}$ 紅磷燃燒的化學方程式4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5

（2）若將實驗藥品改為木炭，反應結束后降至室溫，打開止水夾，水不倒吸入集氣瓶的原因是C和O₂反應生成CO₂，反應前后集氣瓶內氣體體積不變．
（3）若將實驗藥品改為鎂條，反應結束后降至室溫，觀察到水倒吸入集氣瓶大于1/5．根據資料信息，小明知道鎂條可以與空氣中的氮氣、二氧化碳發生反應，進而影響反應結果．鎂條與氮氣反應可以生成氮化鎂（Mg₃N₂）和碳，請寫出相應的化學方程式3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂．
【探究結論】幾種物質中，紅磷是最適用于測定空氣中氧氣含量．

Answer 1

分析 （1）根據紅磷和白磷的毒性選擇藥品；填寫實驗報告時根據紅磷燃燒的現象和瓶內壓強的改變分析，書寫化學方程式要遵循質量守恒定律，注意反應條件；
（2）根據碳和氧氣反應后生成物的狀態和瓶內壓強的改變分析；
（3）根據反應物和生成物，依據書寫化學方程式的步驟完成．

解答 解：（1）選用紅磷進行實驗的原因是白磷有毒，紅磷無毒；紅磷燃燒產生黃色火焰，冒白煙，反應停止后冷卻，打開止水夾，打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占 $\frac{1}{5}$，由此可得出空氣中氧氣約占 $\frac{1}{5}$的結論，反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅
故答案為：紅磷無毒，白磷有毒；

如圖所示，將足量紅磷放到燃燒匙中，點燃紅磷，進行實驗

1 產生黃色火焰，冒出大量白煙，瓶壁有熱感 2 待紅磷燃燒停止并冷卻后，打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占1/5

空氣中氧氣約占 $\frac{1}{5}$ 紅磷燃燒的化學方程式   4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5

（2）若將實驗藥品改為木炭，反應結束后降至室溫，打開止水夾，水不倒吸入集氣瓶的原因是 C和O₂反應生成CO₂，二氧化碳是氣體，使反應前后集氣瓶內氣體體積不變，壓強就不變，故水不能倒吸．
故答案為：C和O₂反應生成CO₂，反應前后集氣瓶內氣體體積不變．
（3）鎂條與氮氣反應可以生成氮化鎂（Mg₃N₂）；故答案為：3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂
答案：
（1）紅磷無毒，白磷有毒；

如圖所示，將足量紅磷放到燃燒匙中，點燃紅磷，進行實驗

1 產生黃色火焰，冒出大量白煙，瓶壁有熱感 2 待紅磷燃燒停止并冷卻后，打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占1/5

空氣中氧氣約占 $\frac{1}{5}$ 紅磷燃燒的化學方程式   4P+5O2$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P2O5

（2）C和O₂反應生成CO₂，反應前后集氣瓶內氣體體積不變；
（3）3Mg+N₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$Mg₃N₂

點評 解決探究性實驗題要過“三關”，即：審題觀，要做到看清題中所講的化學過程、看清題設條件、看清要解決的問題；分析觀，想化學過程所涉及的化學概念和所用的化學原理、想所給條件與所求問題的關系、想有無隱含條件及題目考查的內容；解答觀，根據題意和條件，選擇最佳的答題方法，實驗驗證所選取的試劑要易得，操作要簡單，現象要明顯，結論要可靠．