Question

某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图．该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记．
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹
夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞．
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，打开止水夹．
请回答下列问题：
（1）该实验中红磷需稍过量，目的是______．
其反应的文字表达式为______；步骤③中打开止水夹后观察到的现象是______，由此可得出空气中氧气的体积分数约为______．
（2）该实验可推论出氮气______（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质______（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
（3）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？为什么？______
（4）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图所示 ），你认为改进后的优点是：______．
（4）图是测定空气中中氧气含量的实验．在实验过程中，观察到红磷燃烧的现象是：剧烈燃烧、放出大量热和______．排除了气密性不好等因素外，过量红磷燃烧熄灭后集气瓶内______（填”“仍有”或“没有”）残余的氧气．

Answer 1

解：实验的目的是测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的．
（1）红磷过量，可使集气瓶中的氧气完全消耗；
红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式是：红磷+氧气五氧化二磷；
由于红磷消耗了空气中的氧气使集气瓶内的压强减小，打开止水夹后观察到的现象是：水沿导管倒流进入集气瓶中，倒流至集气瓶容积的处，可以得出空气中氧气的体积分数约为；
故答案为：充分反应掉集气瓶中的氧气；红磷+氧气五氧化二磷；水沿导管倒流进入集气瓶中，倒流至集气瓶容积的处；；
（2）在该实验中，剩余的气体主要是氮气，说明氮气不溶于水，氮气不能燃烧，也不能支持燃烧，化学性质稳定；
故答案为：难；不活泼；
（3）测定空气中氧气的体积分数利用的是压强的改变，所以若把红磷换成木炭，木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强，达不到实验目的，
故答案为：不能成功，木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强；
（4）实验C是在装置内点燃，生成的五氧化二磷不会跑到空气中，也就是红磷燃烧的产物有毒的五氧化二磷不会散失到空气造成环境污染，节约了红磷，即C装置的优点是：环保，同时也利于实验的结果的准确，故答案为：环保、误差小；
（5）红磷剧烈燃烧、放出大量热和产生大量白烟；反应进行氧气的浓度降低，当氧气的浓度很低时，红磷不能燃烧，过量红磷燃烧熄灭后集气瓶内仍有剩余的氧气；
故答案为：产生大量白烟；仍有．
分析：实验的目的是测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的．
（1）红磷过量，可使集气瓶中的氧气完全消耗，减少误差；红磷燃烧生成五氧化二磷；
由于红磷消耗了空气中的氧气使集气瓶内的压强减小，打开止水夹后观察到：水沿导管倒流进入集气瓶中，倒流至集气瓶容积的处；
（2）在该实验中，剩余的气体主要是氮气，说明氮气不溶于水，氮气不能燃烧，也不能支持燃烧，化学性质稳定；
（3）木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强；
（4）实验C是在装置内点燃，生成的五氧化二磷不会跑到空气中，也就是红磷燃烧的产物有毒的五氧化二磷不会散失到空气造成环境污染，节约了红磷；
（5）红磷剧烈燃烧、放出大量热和产生大量白烟；反应进行氧气的浓度降低，当氧气的浓度很低时，红磷不能燃烧．
点评：本题考查学生对实验原理与实验操作的理解与评价等，难度中等，清楚实验原理是解题的关键，需要学生具备扎实的基础知识与综合运用知识分析问题、解决问题的能力