Question

10．某同學設計了測定空氣中氧氣含量的實驗，實驗裝置如圖．該同學的實驗步驟如下：
①將圖中的集氣瓶分為5等份，并作好標記．
②在帶橡皮塞和導管的燃燒匙內裝入足量的紅磷，將導管上的止水夾夾緊，在酒精燈上點燃紅磷，并立即伸入集氣瓶內，塞緊橡皮塞．
③充分反應后，待集氣瓶冷卻至室溫，打開止水夾．
請回答下列問題：
（1）該實驗中紅磷需稍過量，目的是充分反應掉集氣瓶中的氧氣．集氣瓶中先裝少量的水，目的是吸收熱量快速降溫．
（2）步驟②集氣瓶中的現象是生成大量的白煙，放出大量的熱，其反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；步驟③中打開止水夾后觀察到的現象是燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升約為剩余體積的五分之一，由此可得出氧氣的體積約為空氣體積的$\frac{1}{5}$．如果實驗中測定氧氣的體積所占空氣的體積偏小，可能的原因是紅磷不足，氣密性不好、沒冷卻到室溫讀數等
（3）該實驗可推論出氮氣難（填“易”或“難”）溶于水和其化學性質不活潑（填“活潑”或“不活潑”）的結論．
（4）若將紅磷換成炭粉，該實驗能否獲得成功？為什么？不能，因為木炭燃燒生成二氧化碳氣體．

Answer 1

分析 （1）依據實驗原理及實驗現象分析紅磷的作用及水的作用；
（2）依據紅磷與氧氣反應生成五氧化二磷固體，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，根據進入水的體積分析空氣中氧氣的體積分數，結合實驗注意事項分析誤差；
（3）根據集氣瓶內剩余的氣體主要是氮氣分析氮氣的性質；
（4）根據藥品的選擇分析評價．

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；因為反應放熱，水可以吸熱，等降溫到室溫后才能打開彈簧夾；故填：充分反應掉集氣瓶中的氧氣；吸收熱量快速降溫；
（2）紅磷與氧氣反應，生成了白煙五氧化二磷固體，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；若紅磷不足、氣密性不好、沒冷卻到室溫讀數等都會使結果偏��；故填：生成大量的白煙，放出大量的熱；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升約為剩余體積的五分之一；$\frac{1}{5}$；紅磷不足、氣密性不好、沒冷卻到室溫讀數等；
（3）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，因此化學性質不活潑；故填：難；不活潑；
（4）木炭燃燒生成二氧化碳，生成的二氧化碳氣體占據了氧氣的空間，會導致水不能進入集氣瓶，因而不能測定空氣中氧氣的含量；故填：不能，因為木炭燃燒生成二氧化碳氣體．

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．