Question

8．十八世紀(jì)法國化學(xué)家拉瓦錫為了研究空氣的組成設(shè)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(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完．
（2）實驗室中甲同學(xué)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(yīng)的符號表達式是4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅，實驗的結(jié)論是氧氣約占空氣體積的五分之一，瓶中水的作用是降溫，防止五氧化二磷污染空氣．
②集氣瓶中剩余的氣體的性質(zhì)是不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定（寫出一條即可）
③實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總?cè)莘e的$\frac{1}{5}$，你認(rèn)為導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是裝置漏氣（寫出一條即可）．
④乙同學(xué)對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖3所示），你認(rèn)為改進后的優(yōu)點是誤差少或無污染（寫出一條即可）．
（3）丙同學(xué)利用實驗室存有的藥品木炭粉和鎂粉，利用鐘罩裝置進行測定的實驗，燃燒前后的現(xiàn)象如圖4、圖5．
①鐘罩中的木炭粉發(fā)生反應(yīng)的符號表達式為C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂，反應(yīng)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(nèi)壓強基本不變?nèi)羧匀挥媚咎�，要想使實驗也能取得較好的效果，應(yīng)進行的改進是瓶內(nèi)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(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)．
（4）反思甲、丙同學(xué)的探究過程我們可以發(fā)現(xiàn)，用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在選擇藥品時應(yīng)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(yīng)，而且生成物為固體（寫出一條即可）．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)利用汞和氧氣反應(yīng)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?jǐn)?shù)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(chǎn)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?cè)莘e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(shù)．圖2裝置設(shè)計的比較好，操作簡單，并且試管內(nèi)的空氣也不會逸出來，比較嚴(yán)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(shù)．
（3）根據(jù)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(yīng)解答．根據(jù)鎂不僅能和氧氣反應(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)解答．
（4）根據(jù)要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，而且生成物為固體解答．

解答 解：
（1）利用汞和氧氣反應(yīng)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(chǎn)生五氧化二磷，反應(yīng)的方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；待紅磷熄滅并冷卻后打開彈簧夾，水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總?cè)莘e的$\frac{1}{5}$；由上述實驗得出結(jié)論，氧氣約占空氣體積的五分之一；瓶中水的作用是降溫，防止五氧化二磷污染空氣；
②集氣瓶中剩余的氣體主要是氮氣；氮氣不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；
③實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積與理論值有差距，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因可能是：裝置漏氣、紅磷的量不足、未等到裝置冷卻到室溫就打開了止水夾等；
④通過凸透鏡聚光引燃紅磷，不需要打開瓶塞，空氣出不來也進不去，測量比較準(zhǔn)確．用酒精燈引燃紅磷，紅磷燃燒生成了五氧化二磷進入空氣會污染空氣，由于磷燃燒放出大量的熱，打開瓶塞時容易使空氣受熱而逸出．所以實驗的優(yōu)點是：誤差少或無污染．
（3）①鐘罩中的木炭粉發(fā)生反應(yīng)的符號表達式為：C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；反應(yīng)后水沒有進入鐘罩的原因是：木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶內(nèi)壓強基本不變；
若仍然用木炭，要想使實驗也能取得較好的效果，應(yīng)進行的改進是在瓶內(nèi)換成氫氧化鈉溶液；
②燃燒完畢冷卻后水幾乎占滿整個鐘罩，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的可能原因是鎂不僅能和氧氣反應(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)；
（4）在選擇該實驗的替代物質(zhì)時，物質(zhì)應(yīng)該滿足：能夠和氧氣等單一物質(zhì)反應(yīng)，且本身不能是氣體且生成物不能是氣體（如果能夠想辦法處理后期生成的氣體也可以考慮使用）．
答案：
（1）為了保證把裝置內(nèi)的氧氣全部反應(yīng)完；
（2）①4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；氧氣約占空氣體積的五分之一；降溫，防止五氧化二磷污染空氣；
②不溶于水，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；
③裝置漏氣；
④誤差少或無污染；
（3）①C+O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$CO₂；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，瓶內(nèi)壓強基本不變；瓶內(nèi)換成氫氧化鈉溶液；
②鎂不僅能和氧氣反應(yīng)，還能夠與氮氣發(fā)生反應(yīng)；
（4）要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其他成分反應(yīng)，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?jǐn)?shù)和化學(xué)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(guān)鍵．