Question

8．十八世紀法國化學家拉瓦錫為了研究空氣的組成設計了一個劃時代意義的實驗
（1）拉瓦錫用如圖1的裝置進行實驗，在觀察到汞的表面浮起紅色粉末狀固體后，還繼續(xù)加熱12天，至紅色粉末狀固體不再增加，這樣做的理由是為了保證把裝置內的氧氣全部反應完．
（2）實驗室中甲同學用如圖2所示的裝置研究空氣的組成．
①該實驗中所發(fā)生反應的符號表達式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，實驗的結論是氧氣約占空氣體積的五分之一，瓶中水的作用是降溫，防止五氧化二磷污染空氣．
②集氣瓶中剩余的氣體的性質是不溶于水，化學性質穩(wěn)定（寫出一條即可）
③實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總容積的$\frac{1}{5}$，你認為導致這一結果的原因可能是裝置漏氣（寫出一條即可）．
④乙同學對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖3所示），你認為改進后的優(yōu)點是誤差少或無污染（寫出一條即可）．
（3）丙同學利用實驗室存有的藥品木炭粉和鎂粉，利用鐘罩裝置進行測定的實驗，燃燒前后的現象如圖4、圖5．
①鐘罩中的木炭粉發(fā)生反應的符號表達式為C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，反應后水沒有進入鐘罩的原因是木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶內壓強基本不變若仍然用木炭，要想使實驗也能取得較好的效果，應進行的改進是瓶內換成氫氧化鈉溶液．
②如果實驗儀器氣密性良好，所用的鎂粉是足量的，鎂粉燃燒后水幾乎占滴整個鐘罩的原因是鎂不僅能和氧氣反應，還能夠與氮氣發(fā)生反應．
（4）反思甲、丙同學的探究過程我們可以發(fā)現，用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在選擇藥品時應考慮的因素有要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應，而且生成物為固體（寫出一條即可）．

Answer 1

分析 （1）根據利用汞和氧氣反應測定空氣中氧氣的含量的注意事項分析；
（2）本題是測定氧氣在空氣中的體積分數的實驗探究，要把空氣中的氧氣消耗掉，在本實驗中用的是紅磷，磷和氧氣在點燃的條件下生成白色五氧化二磷，因此，產生大量白煙，待紅磷熄滅并冷卻后打開彈簧夾，水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的$\frac{1}{5}$；因此得出：氧氣約占空氣體積的五分之一；
紅磷燃燒消耗掉氧氣，集氣瓶中剩余的氣體主要是氮氣；
要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數．圖2裝置設計的比較好，操作簡單，并且試管內的空氣也不會逸出來，比較嚴密；
本題中進入集氣瓶中水的體積與理論值有差距，有可能有以下幾點：裝置漏氣、紅磷的量不足、沒有冷卻就讀數．
（3）根據木炭燃燒生成二氧化碳氣體；二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應解答．根據鎂不僅能和氧氣反應，還能夠與氮氣發(fā)生反應解答．
（4）根據要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應，而且生成物為固體解答．

解答 解：
（1）利用汞和氧氣反應測定空氣中氧氣的含量，需確保O₂完全被消耗；
（2）①紅磷燃燒產生五氧化二磷，反應的方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；待紅磷熄滅并冷卻后打開彈簧夾，水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總容積的$\frac{1}{5}$；由上述實驗得出結論，氧氣約占空氣體積的五分之一；瓶中水的作用是降溫，防止五氧化二磷污染空氣；
②集氣瓶中剩余的氣體主要是氮氣；氮氣不溶于水，化學性質穩(wěn)定；
③實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積與理論值有差距，導致這一結果的原因可能是：裝置漏氣、紅磷的量不足、未等到裝置冷卻到室溫就打開了止水夾等；
④通過凸透鏡聚光引燃紅磷，不需要打開瓶塞，空氣出不來也進不去，測量比較準確．用酒精燈引燃紅磷，紅磷燃燒生成了五氧化二磷進入空氣會污染空氣，由于磷燃燒放出大量的熱，打開瓶塞時容易使空氣受熱而逸出．所以實驗的優(yōu)點是：誤差少或無污染．
（3）①鐘罩中的木炭粉發(fā)生反應的符號表達式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；反應后水沒有進入鐘罩的原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶內壓強基本不變；
若仍然用木炭，要想使實驗也能取得較好的效果，應進行的改進是在瓶內換成氫氧化鈉溶液；
②燃燒完畢冷卻后水幾乎占滿整個鐘罩，產生這一現象的可能原因是鎂不僅能和氧氣反應，還能夠與氮氣發(fā)生反應；
（4）在選擇該實驗的替代物質時，物質應該滿足：能夠和氧氣等單一物質反應，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠想辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．
答案：
（1）為了保證把裝置內的氧氣全部反應完；
（2）①4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧氣約占空氣體積的五分之一；降溫，防止五氧化二磷污染空氣；
②不溶于水，化學性質穩(wěn)定；
③裝置漏氣；
④誤差少或無污染；
（3）①C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶內壓強基本不變；瓶內換成氫氧化鈉溶液；
②鎂不僅能和氧氣反應，還能夠與氮氣發(fā)生反應；
（4）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 本考點考查了用紅磷及木炭測定氧氣在空氣中的體積分數和化學方程式的書寫，屬于實驗方法和過程的探究，明確測定的原理及實驗的注意事項是解題的關鍵．