Question

【題目】甲乙兩化學興趣小組的同學按課本上的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數”實驗（如圖甲所示），但測出的氧氣的體積分數存在誤差。

請你參與探究：

甲組測出氧氣的體積分數小于五分之一

（提出問題）造成誤差的原因是什么？如何改進課本上的實驗裝置？

（查閱資料）紅磷、白磷的一些性質如下表：

	顏色、狀態	熔點/℃	著火點/℃	密度（g/cm3）
紅磷	暗紅色固體	590	240	2.34
白磷	白色或黃色固體	44.1	40	1.82

（猜想與假設）

A同學：可能是導管內原含有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性。

B同學：可能是瓶內殘留氣體中還有氧氣。

（1）你還能作出的猜想是____________________________。

（交流與討論）

他們對課本上的實驗裝置進行了圖乙所示的改進（其他儀器忽略）。

（2）與課本上的實驗裝置相比較，該裝置的一個優點是 _______________。

（3）能得出空氣中氧氣約占五分之一體積的實驗現象是 _______________。

乙組同學從課本鎂條燃燒實驗得到啟發，用鎂代替紅磷，實驗完畢，冷卻后進入水的體積遠大于總容積的1/5。

（猜想與假設）可能鎂條與氮氣發生了反應

（設計實驗）

為檢驗鎂條能否在N2中燃燒，興趣小組展開如下探究：

①組裝儀器（圖1，鐘罩下端無底），檢查氣密性：向水槽中加水，觀察現象；

②將足量白磷在空氣中點燃后，迅速伸入鐘罩內，塞緊橡皮塞；

③待鐘罩內水面不再變化時，向水槽中加水，使水槽中液面與鐘罩內液面相平；

④打開橡皮塞，將燃著的螺旋狀鎂條迅速伸入鐘罩內，塞緊橡皮塞（圖2），觀察液面變化；

（交流討論）

（4）步驟①氣密性良好的現象是________________________；

（5）步驟②目的是_____________________________________；

（6）步驟④觀察到_____________________現象，說明鎂條與氮氣反應。

（結論）除氧氣外，鎂條還能與氮氣反應。

（反思）乙組小羅同學認為只進行圖2實驗，當鐘罩內進入水的體積大于總容積的1/5，就能說明鎂與氧氣、氮氣都發生了反應，對此觀點你認為是否正確_______，并說明理由__________________ 。

（拓展）①鎂與氮氣反應生成氮化鎂（Mg3N2），由于氧氣比氮氣活潑，所以鎂燃燒生成的氮化鎂質量比氧化鎂_______（大、小）。

②8g鎂在空氣中燃燒，若有30%的鎂生成氮化鎂，計算氮化鎂的質量__________（寫出計算過程）。

Answer 1

【答案】紅磷量不足/橡皮塞未塞緊（合理即可） 確保裝置不漏氣 左邊液面上升至“1”刻度處 表面皿上浮 對比實驗 圖2中的表面皿高于圖1中的表面皿 不正確 可能實驗誤差造成，如：裝置的氣密性不好，導致氣體逸出等 小 3.3g

【解析】

[猜想與假設]

（1）測定空氣中氧氣含量的原理是，利用物質與空氣中的氧氣反應，又不生成氣體，使瓶內氣體減少，壓強變小，水倒流入集氣瓶內，倒流的水的體積就等于瓶內氧氣的體積。還可能作出的猜想是紅磷量不足、橡皮塞未塞緊（即裝置的氣密性不好）或者沒冷卻到室溫（合理即可）導致甲組測出氧氣的體積分數小于五分之一；

[交流與討論]

（2）與課本上的實驗裝置相比較，該裝置的一個優點是確保裝置不漏氣（即能始終保持良好的氣密性），使測定結果更準確；

（3）能得出空氣中氧氣約占五分之一體積的實驗現象是左邊液面上升至“1”刻度處；

[交流討論]

（4）步驟①氣密性良好的現象是表面皿上浮；

（5）步驟②目的是對照試驗，通過比較表面皿上升的程度，探究鎂條是否與氮氣反應；

（6）步驟④觀察到圖2中的表面皿高于圖1中的表面皿，說明鎂條與氮氣反應；

[反思]乙組小羅同學認為只進行圖2實驗，當鐘罩內進入水的體積大于總容積的1/5，就能說明鎂與氧氣、氮氣都發生了反應，此觀點不正確，理由：可能實驗誤差造成，如：裝置的氣密性不好，導致氣體逸出等；

[拓展]①鎂與氮氣反應生成氮化鎂（Mg3N2），由于氧氣比氮氣活潑，所以鎂燃燒時幾乎都與氧氣發生了反應，因此生成的氮化鎂質量比氧化鎂小；

②8g鎂在空氣中燃燒，若有30%的鎂生成氮化鎂，則氮化鎂中鎂元素的質量為8g×30%=2.4g，氮化鎂的質量：。