Question

2．小軍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，目的是確保將集氣瓶內的氧氣消耗盡，使實驗結果更準確．
（2）步驟②集氣瓶中的現象是紅磷燃燒，生成大量的白煙，其反應的文字表達式為紅磷+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是燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處．
（3）該實驗可推論出氮氣的性質：不溶于水等．（任寫一條即可）
（4）小軍檢查裝置氣密性良好后，將盛有燃著紅磷的燃燒匙迅速伸入廣口瓶中，并把塞子塞緊，待火焰熄滅后，就打開彈簧夾，發(fā)現進入集氣瓶的水遠不到瓶容積的$\frac{1}{5}$．經過認真分析，小軍發(fā)現實驗失敗的原因是（至少寫一點）紅磷的量不足、裝置沒有完全冷卻等．
（5）若小軍將紅磷換成炭粉，該實驗能否獲得成功？為什么？不能，因為碳粉燃燒消耗掉氧氣同時又生成了二氧化碳等氣體，瓶內壓強基本不變，水不倒流．
（6）小軍反思上述實驗的探究過程后認為：用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在藥品的選擇和生成物的要求上應考慮是要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應，而且生成物為固體．

Answer 1

分析 （1）根據該實驗注意事項分析；
（2）根據紅磷的燃燒現象、反應結合壓強知識分析．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；
（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）根據實驗的注意事項分析誤差；
（5）根據測定空氣中氧氣含量的實驗的原理分析；
（6）根據測定原理分析藥品及生成物的要求．

解答 解：（1）該實驗中紅磷需稍過量，目的是：確保將集氣瓶內的氧氣消耗盡；
（2）點燃的紅磷，在集氣瓶燃燒，生成大量的白煙．紅磷燃燒生成了五氧化二磷，反應的文字表達式為：紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；由于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，所以，打開止水夾后觀察到的現是：燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處；
（3）由于集氣瓶內剩余的氣體主要是氮氣，水進入瓶內占五分之一，不再繼續(xù)進入說明氮氣不能與紅磷反應，也不能溶于水或與水反應；
（4）通過可燃物消耗氧氣使裝置內氣壓減小，外界液體就可以等體積進入，從而測定出氧氣的體積．
在該實驗中，如果紅磷的量不足不能完全消耗氧氣或裝置漏氣、裝置沒有完全冷卻等，就會使進入集氣瓶中水的體積不到總容積的五分之一；
（5）不能，因為碳粉燃燒消耗掉氧氣同時又生成了二氧化碳等氣體，瓶內壓強基本不變，水不倒流；
（6）能夠和氧氣等單一物質反應，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠像辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．
故答案為：（1）確保將集氣瓶內的氧氣消耗盡；
（2）紅磷燃燒，生成大量的白煙；紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；燒杯中的水倒流至集氣瓶，液面上升在一等分刻度處；
（3）不溶于水等；
（4）紅磷的量不足、裝置沒有完全冷卻等；
（5）不能，因為碳粉燃燒消耗掉氧氣同時又生成了二氧化碳等氣體，瓶內壓強基本不變，水不倒流；
（6）要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應，而且生成物為固體．

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．