Question

【题目】甲乙两化学兴趣小组的同学按课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验（如图甲所示），但测出的氧气的体积分数存在误差。

请你参与探究：

甲组测出氧气的体积分数小于五分之一

（提出问题）造成误差的原因是什么？如何改进课本上的实验装置？

（查阅资料）红磷、白磷的一些性质如下表：

	颜色、状态	熔点/℃	着火点/℃	密度（g/cm3）
红磷	暗红色固体	590	240	2.34
白磷	白色或黄色固体	44.1	40	1.82

（猜想与假设）

A同学：可能是导管内原含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性。

B同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气。

（1）你还能作出的猜想是____________________________。

（交流与讨论）

他们对课本上的实验装置进行了图乙所示的改进（其他仪器忽略）。

（2）与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是 _______________。

（3）能得出空气中氧气约占五分之一体积的实验现象是 _______________。

乙组同学从课本镁条燃烧实验得到启发，用镁代替红磷，实验完毕，冷却后进入水的体积远大于总容积的1/5。

（猜想与假设）可能镁条与氮气发生了反应

（设计实验）

为检验镁条能否在N2中燃烧，兴趣小组展开如下探究：

①组装仪器（图1，钟罩下端无底），检查气密性：向水槽中加水，观察现象；

②将足量白磷在空气中点燃后，迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞；

③待钟罩内水面不再变化时，向水槽中加水，使水槽中液面与钟罩内液面相平；

④打开橡皮塞，将燃着的螺旋状镁条迅速伸入钟罩内，塞紧橡皮塞（图2），观察液面变化；

（交流讨论）

（4）步骤①气密性良好的现象是________________________；

（5）步骤②目的是_____________________________________；

（6）步骤④观察到_____________________现象，说明镁条与氮气反应。

（结论）除氧气外，镁条还能与氮气反应。

（反思）乙组小罗同学认为只进行图2实验，当钟罩内进入水的体积大于总容积的1/5，就能说明镁与氧气、氮气都发生了反应，对此观点你认为是否正确_______，并说明理由__________________ 。

（拓展）①镁与氮气反应生成氮化镁（Mg3N2），由于氧气比氮气活泼，所以镁燃烧生成的氮化镁质量比氧化镁_______（大、小）。

②8g镁在空气中燃烧，若有30%的镁生成氮化镁，计算氮化镁的质量__________（写出计算过程）。

Answer 1

【答案】红磷量不足/橡皮塞未塞紧（合理即可） 确保装置不漏气 左边液面上升至“1”刻度处 表面皿上浮 对比实验 图2中的表面皿高于图1中的表面皿 不正确 可能实验误差造成，如：装置的气密性不好，导致气体逸出等 小 3.3g

【解析】

[猜想与假设]

（1）测定空气中氧气含量的原理是，利用物质与空气中的氧气反应，又不生成气体，使瓶内气体减少，压强变小，水倒流入集气瓶内，倒流的水的体积就等于瓶内氧气的体积。还可能作出的猜想是红磷量不足、橡皮塞未塞紧（即装置的气密性不好）或者没冷却到室温（合理即可）导致甲组测出氧气的体积分数小于五分之一；

[交流与讨论]

（2）与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是确保装置不漏气（即能始终保持良好的气密性），使测定结果更准确；

（3）能得出空气中氧气约占五分之一体积的实验现象是左边液面上升至“1”刻度处；

[交流讨论]

（4）步骤①气密性良好的现象是表面皿上浮；

（5）步骤②目的是对照试验，通过比较表面皿上升的程度，探究镁条是否与氮气反应；

（6）步骤④观察到图2中的表面皿高于图1中的表面皿，说明镁条与氮气反应；

[反思]乙组小罗同学认为只进行图2实验，当钟罩内进入水的体积大于总容积的1/5，就能说明镁与氧气、氮气都发生了反应，此观点不正确，理由：可能实验误差造成，如：装置的气密性不好，导致气体逸出等；

[拓展]①镁与氮气反应生成氮化镁（Mg3N2），由于氧气比氮气活泼，所以镁燃烧时几乎都与氧气发生了反应，因此生成的氮化镁质量比氧化镁小；

②8g镁在空气中燃烧，若有30%的镁生成氮化镁，则氮化镁中镁元素的质量为8g×30%=2.4g，氮化镁的质量：。