Question

12．某同學用如圖裝置測定空氣中氧氣的體積分數．請你填寫有關空格，并與同學交流．
（1）該實驗中，紅磷需稍過量，目的是盡可能把氧氣反應掉．該物質燃燒反應的表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）待該物質熄滅并冷卻后，打開彈簧夾觀察到的現象是水經導氣管流向集氣瓶中約五分之一體積處；出現該現象的原因是由于磷燃燒消耗了氧氣使瓶內壓強減小，小于外界大氣壓；為什么要“待該物質熄滅并冷卻后，打開彈簧夾”？使實驗結果準確
（3）實驗后發現測定出的空氣中氧氣的體積分數低于$\frac{1}{5}$，這可能是由哪幾種原因引起的？沒有冷卻至室溫，就打開彈簧夾；裝置氣密性不夠好；紅磷量不足；集氣瓶中的氧氣沒有消耗完
（4）若（3）實驗后發現測定出的空氣中氧氣的體積分數大于$\frac{1}{5}$，這可能是由哪幾種原因引起的？燃燒的紅磷剛插入集氣瓶時沒有塞緊，燃燒一段時間后再塞緊；沒有先用彈簧夾夾緊橡皮管；導氣管中的氧氣參與了反應等
（5）由本實驗還可以推測氮氣的性質有難溶于水．
（6）若將紅磷換成碳粉，該實驗能否獲得成功？否（填能或否）理由是由于碳粉燃燒的產物是二氧化碳氣體，瓶內氣壓沒變，水不能進入集氣瓶．

Answer 1

分析 （1）為了使實驗結果準確，要用過量的紅磷確保氧氣被完全消耗掉；該反應生成了五氧化二磷，可以據此寫出該反應的文字表達式；
（2）根據磷燃燒消耗氧氣使瓶內壓強減小來分析；
（3）根據可能造成進入水的體積少的原因進行分析；
（4）測定出的空氣中氧氣的體積分數大于五分之一即從瓶中出來一些氣體，再分析具體原因；
（5）對比氧氣和環境來具體分析氮氣的性質．
（6）根據反應原理進行分析．

解答 解：（1）該實驗中，紅磷需稍過量，目的是 盡可能把氧氣反應掉．紅磷在空氣中燃燒，其實質上是與空氣中的氧氣反應生成五氧化二磷，其反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）由于磷燃燒消耗了氧氣使瓶內壓強減小，小于外界大氣壓，在外界大氣壓的作用下，把水壓入瓶內，由于水進入瓶內的體積約占瓶子總體積的五分之一，所以結論是氧氣約占空氣體積的五分之一；待該物質熄滅并冷卻后，打開彈簧夾是實驗結果準確；
（3）造成進入水的體積少的原因：裝置漏氣、紅磷量不足沒有把瓶內氧氣消耗完，沒有冷卻到室溫就打開了止水夾；
（4）測定出的空氣中氧氣的體積分數大于五分之一
即從瓶中出來一些氣體，由于磷燃燒放熱，由于集氣瓶的瓶塞沒有塞緊，瓶內空氣有部分被趕了出來；或者沒有先用彈簧夾夾緊橡皮管，磷燃燒時有部分空氣沿著導管出來了；
（5）氮氣的性質的歸納，要從本實驗的實際來進行，不要脫離題目去回答和分析．實驗中當裝置內進入水以后，氮氣依然能夠存在這就說明氮氣是難溶于水的也不和水反應．另外在紅磷和氧氣反應的過程中，氮氣沒有被消耗，所以氮氣不和氧氣、紅磷反應，可以概括為性質穩定，當然也可以分開敘述，就是不和氧氣反應，不支持燃燒等．
（6）否；由于碳粉燃燒的產物是二氧化碳氣體，瓶內氣壓沒變，水不能進入集氣瓶．
故答案為：
（1）盡可能把氧氣反應掉．4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）水經導氣管流向集氣瓶中約五分之一體積處；由于磷燃燒消耗了氧氣使瓶內壓強減小，小于外界大氣壓；使實驗結果準確；
（3）沒有冷卻至室溫，就打開彈簧夾；裝置氣密性不夠好；紅磷量不足；集氣瓶中的氧氣沒有消耗完；
（4）燃燒的紅磷剛插入集氣瓶時沒有塞緊，燃燒一段時間后再塞緊；沒有先用彈簧夾夾緊橡皮管；導氣管中的氧氣參與了反應等；（合理即可）；
（5）難溶于水；
（6）否；生成物二氧化碳是氣體，瓶內氣壓沒有改變．

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．