Question

13．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，目的是保證消耗完集氣瓶中的氧氣．
（2）步驟②集氣瓶中的現象是，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象是燒杯中的水倒流回集氣瓶，倒流的水約占集氣瓶中空氣總體積的五分之一，由此可得出空氣中氧氣的體積約為$\frac{1}{5}$．
（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？不能（填“能”或“不能”）原因生成物是氣體，填補了氧氣的空間，使得氣壓變化不明顯，水不會倒流或者倒流的少．
（5）實驗結束后，同學們發(fā)現測得數值比實際空氣中氧氣的含量小，請你幫助他們找出實驗誤差的原因氣密性不好；紅磷量不足；未冷卻就打開止水夾．
（6）做鐵絲在氧氣中燃燒實驗時，集氣瓶里預先要裝入少量的細沙或水，原因是防止高溫熔化物濺落炸裂集氣瓶底部；實驗現象是劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體；硫在氧氣中燃燒實驗放少量水的原因是；能否用細沙代替水？（填“能”或“不能”）

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）根據測定空氣中氧氣含量的實驗的原理分析；
（5）根據測得數值比實際空氣中氧氣的含量小的原因分析解答；
（6）根據鐵絲、硫在氧氣中燃燒的實驗操作步驟及注意事項，進行解答本題．

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，由此可知氮氣的性質是不溶于水；其化學性質不活潑的結論．
（4）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．
（5）實驗結束后，同學們發(fā)現測得數值比實際空氣中氧氣的含量小的原因是：氣密性不好；紅磷量不足；未冷卻就打開止水夾；
（6）鐵絲在氧氣中燃燒時，集氣瓶底需預先鋪上一薄層細沙或少量水是防止高溫生成物落入瓶底造成集氣瓶局部受熱而炸裂；實驗現象是：劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體；硫反應生成的二氧化硫是一種大氣污染物，能和水反應生成亞硫酸，所以加入水可以防止二氧化硫氣體逸出污染空氣，但不能鋪一層細沙，因為細沙不消耗二氧化硫．
答案：
（1）保證消耗完集氣瓶中的氧氣；
（2）紅磷燃燒產生大量白煙，放出熱量；紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；燒杯中的水倒流回集氣瓶，倒流的水約占集氣瓶中空氣總體積的五分之一；$\frac{1}{5}$；
（3）難；不活潑；
（4）不能；生成物是氣體，填補了氧氣的空間，使得氣壓變化不明顯，水不會倒流或者倒流的少；
（5）氣密性不好；紅磷量不足；未冷卻就打開止水夾；
（6）防止高溫熔化物濺落炸裂集氣瓶底部；劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成一種黑色固體；吸收二氧化硫防止污染空氣；不能．

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．