Question

16．某同學用如圖裝置測定空氣中氧氣的體積分數，請你填寫有關空格
（1）該實驗中，紅磷需稍過量，目的是盡可能把氧氣反應掉．該物質燃燒反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）待該物質熄滅并冷卻后，打開彈簧夾觀察到的現象是水倒吸進入集氣瓶，約占集氣瓶體積的五分之一出現該現象的原因是紅磷燃燒消耗了集氣瓶中的氧氣，導致集氣瓶中的壓強減小；為什么要“待該物質熄滅并冷卻后，打開彈簧夾”？防止瓶內氣體體積隨溫度升高而變大．
（3）實驗后發現測定出的空氣中氧氣的體積分數低于$\frac{1}{5}$，這可能是由哪幾種原因引起的？紅磷不足或裝置漏氣或未冷卻至室溫就打開止水夾．
（4）由本實驗愛可以推測氮氣的性質有氮氣既不燃燒也不支持燃燒、氮氣難溶于水．
（5）若將紅磷換成碳粉，該試驗能否獲得成功？否（填能或否）理由是碳粉燃燒的產物是二氧化碳氣體，瓶內氣壓沒變，水不能進入集氣瓶．

Answer 1

分析 根據已有的知識進行分析，空氣中氧氣約占其體積的五分之一，測定時可以使用紅磷燃燒消耗氧氣使瓶內壓強減小的方法，磷燃燒能生成五氧化二磷；進行此實驗時，必須保證裝置的氣密性良好，紅磷足量，瓶子冷卻后再打開彈簧夾，否則會導致結果不準確．考慮生成物、集氣瓶內壓強是否變化．

解答 解：（1）為了使實驗結果準確，要用過量的紅磷確保氧氣被完全消耗掉；磷與氧氣在點燃條件下反應生成五氧化二磷．故填：盡可能把氧氣反應掉；磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）觀察到的現象是：水倒吸進入集氣瓶，約占集氣瓶體積的五分之一，因為磷與氧氣反應，消耗了空氣中的氧氣，使內外產生壓強差．要到裝置冷卻到室溫再打開止水夾的原因是因為溫度高，壓強大．如集氣瓶沒有充分冷卻，會造成水倒流量少甚至無法倒流；
故填：水倒吸進入集氣瓶，約占集氣瓶體積的五分之一；紅磷燃燒消耗了集氣瓶中的氧氣，導致集氣瓶中的壓強減小；防止瓶內氣體體積隨溫度升高而變大；
（3）實驗后發現測定出的空氣中氧氣的體積分數低于$\frac{1}{5}$，這可能的原因是：沒有冷卻至室溫，就打開彈簧夾；或裝置氣密性不好；或紅磷量不足，集氣瓶中的氧氣沒有消耗完；故填：紅磷不足或裝置漏氣或未冷卻至室溫就打開止水夾；
（4）氮氣的性質的歸納，要從本實驗的實際來進行，不要脫離題目去回答和分析．實驗中當裝置內進入水以后，氮氣依然能夠存在這就說明氮氣是難溶于水的也不和水反應．另外在紅磷和氧氣反應的過程中，氮氣沒有被消耗，所以氮氣不和氧氣、紅磷反應，可以概括為性質穩定，當然也可以分開敘述，就是不和氧氣反應，不支持燃燒等．故填：氮氣既不燃燒也不支持燃燒；氮氣難溶于水；
（5）由于碳粉燃燒的產物是二氧化碳氣體，瓶內氣壓沒變，水不能進入集氣瓶．故答案為：否；碳粉燃燒的產物是二氧化碳氣體，瓶內氣壓沒變，水不能進入集氣瓶．

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，難度稍大．