Question

18．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，目的是確保集氣瓶內的氧氣消耗盡．
（2）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，液面上升在一等分刻度處，由此可得出空氣中氧氣的體積分數約為空氣中氧氣的體積分數約為五分之一．
（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．文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷
（4）若將紅磷換成炭粉，該實驗能否獲得成功？為什么？不能；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，集氣瓶內的氣體沒有減少．
（5）本實驗中存在的一點不足是加熱時可能會使部分氣體溢出，可能導致的后果是測定結果偏大．

Answer 1

分析 （1）根據紅磷的作用及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；
（3）根據氮氣難溶于水，也不能與水發生反應；
（4）根據木炭燃燒生成二氧化碳分析；
（5）根據裝置的特點及實驗注意事項分析．

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．故填：確保集氣瓶內的氧氣消耗盡；
（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；故填：燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處；空氣中氧氣的體積分數約為五分之一；
（3）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；磷和氧氣點燃產生五氧化二磷；故填：難；不活潑；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（4）因為木炭燃燒生成二氧化碳氣體，集氣瓶內的氣體沒有減少，不能測定空氣中氧氣的含量，所以實驗中不能用木炭代替紅磷．故填：不能；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，集氣瓶內的氣體沒有減少．
（5）加熱時燃燒匙伸進集氣瓶可能會使部分氣體溢出，導致結果偏大；故填：加熱時可能會使部分氣體溢出；測定結果偏大．

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，對實驗中的有關問題全面掌握是解題的關鍵．