Question

【題目】二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分。仿照這個歷史上著名實驗的原理，我們可以用圖1所示裝置來測定空氣中氧氣的含量。

【提出問題】用紅磷燃燒的方法為什么測出的氧氣含量遠(yuǎn)低于21%？

【分析討論】（1）實驗裝置漏氣；（2）________________，導(dǎo)致裝置內(nèi)氧氣有剩余；（3）……

【實驗與交流】在老師的指導(dǎo)下，同學(xué)們查閱了白磷、紅磷等物質(zhì)燃燒需要的最低含氧量如下：

資料1：

可燃物名稱	紅磷	白磷	蠟燭
最低含氧量/%	8.0	4.0	16.0

甲、乙、丙三個小組分別用上述過量紅磷、白磷、蠟燭三種物質(zhì)進(jìn)行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應(yīng)后的氧氣濃度分別為8.85%、3.21%、16.7%，數(shù)據(jù)與表中的理論值基本一致。其中蠟燭燃燒后用測一氧化碳濃度傳感器測算一氧化碳濃度約為2%。

資料2：蠟燭或者木炭在密閉的集氣瓶中燃燒，氧氣濃度會不斷變小，會有一氧化碳?xì)怏w生成。常溫下一氧化碳難溶于水，且不與澄清石灰水反應(yīng)。根據(jù)以上信息回答下列問題：

（1）白磷和紅磷相比，使用白磷能使結(jié)果更準(zhǔn)確，其原因是_______________________。

（2）請寫出紅磷燃燒的化學(xué)方程式______________，該反應(yīng)屬于___________反應(yīng)（填一種基本反應(yīng)類型）；有同學(xué)提議選用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預(yù)先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，小華覺得不可行，其主要原因是________________。

（3）興趣小組用白磷代替紅磷進(jìn)行實驗，已知化學(xué)反應(yīng)前后元素種類和質(zhì)量都不發(fā)生改變，若該實驗中消耗的氧氣質(zhì)量為0.8克，則理論上生成的五氧化二磷的質(zhì)量為______。

【實驗拓展】某校研究性學(xué)習(xí)小組用下圖裝置進(jìn)行鎂條在空氣中燃燒的實驗。燃燒、冷卻后打開止水夾，進(jìn)入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶體積的70%。

（4）實驗過程中，若彈簧夾未夾緊，則進(jìn)入集氣瓶中的水會_______（選填“偏大”、“偏小”或“不變”）。

（5）如果鎂條只和空氣中的氧氣反應(yīng)，則進(jìn)入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的_______，現(xiàn)進(jìn)入集氣瓶中水的體積約為其容積的 70%，根據(jù)空氣的組成可推出減少的氣體中還一定有氮氣，其理由是______________________。

【提出問題】氮氣是怎樣減少的呢？

【作出假設(shè)】氮氣是與鎂條反應(yīng)而減少的。

【查閱資料】

①鎂條在空氣中燃燒時，不僅與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化鎂，還能與氮氣反應(yīng)生成氮化鎂（氮化鎂中氮元素的化合價為-3價），請寫出鎂條與氮氣反應(yīng)的化學(xué)方程式__________；

②鎂條除了能與氮氣反應(yīng)，還可以在二氧化碳?xì)怏w中燃燒生成碳和氧化鎂，請你寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式___________

【驗證實驗】用坩堝鉗夾持鎂條，點燃后迅速伸入盛有氮氣的集氣瓶中，鎂條燃燒，發(fā)出暗紅色火焰，生成淡黃色粉末，并放出大量的熱。

【得出結(jié)論】鎂條能在氮氣中燃燒生成固體氮化鎂。

【實驗反思】通過以上實驗探究，我們可以知道用于測定空氣中氧氣含量所選用的藥品，應(yīng)符合的條件是____________________。

Answer 1

【答案】 紅磷的量不足 白磷消耗氧氣更充分 4P＋5O22P2O5 化合 木炭在氧氣濃度較低時，會生成CO氣體，且CO氣體難溶于水，不與澄清石灰水反應(yīng) 1.42 偏大 21%或1/5 氮氣約占空氣組成的78%，大于49% 【答題空10】3Mg＋N2Mg3N2 2Mg＋CO22MgO＋C 只與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)

【解析】【提出問題】用紅磷燃燒的方法為什么測出的氧氣含量遠(yuǎn)低于21%？【分析討論】（1）實驗裝置漏氣；（2）紅磷的量不足，導(dǎo)致裝置內(nèi)氧氣有剩余；【實驗與交流】資料1：資料2：（1）白磷和紅磷相比，使用白磷能使結(jié)果更準(zhǔn)確，其原因是白磷消耗氧氣更充分。（2）紅磷燃燒的化學(xué)方程式∶4P＋5O2 2P2O5，該反應(yīng)屬于化合反應(yīng)，兩種物質(zhì)生成了一種物質(zhì)；用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預(yù)先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳?xì)怏w，小華覺得不可行，其主要原因是木炭在氧氣濃度較低時，會生成CO氣體，且CO氣體難溶于水，不與澄清石灰水反應(yīng)。（3）用白磷代替紅磷進(jìn)行實驗，若該實驗中消耗的氧氣質(zhì)量為0.8克，則理論上生成的五氧化二磷的質(zhì)量為∶

4P＋5O2 2P2O5

160 284

0.8g x

＝ ,x＝1.42g.

【實驗拓展】鎂條在空氣中燃燒的實驗。（4）實驗過程中，若彈簧夾未夾緊，則進(jìn)入集氣瓶中的水會偏大。（5）如果鎂條只和空氣中的氧氣反應(yīng)，則進(jìn)入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%或1/5，現(xiàn)進(jìn)入集氣瓶中水的體積約為其容積的 70%，根據(jù)空氣的組成可推出減少的氣體中還一定有氮氣，其理由是氮氣約占空氣組成的78%，大于49%。【提出問題】氮氣是怎樣減少的呢？【作出假設(shè)】氮氣是與鎂條反應(yīng)而減少的�！静殚嗁Y料】

①鎂條在空氣中燃燒時，不僅與空氣中的氧氣反應(yīng)生成氧化鎂，還能與氮氣反應(yīng)生成氮化鎂（氮化鎂中氮元素的化合價為-3價），鎂條與氮氣反應(yīng)的化學(xué)方程式3Mg＋N2 Mg3N2 ，根據(jù)正負(fù)總價代數(shù)和為零原則，氮化鎂化學(xué)式是Mg3N2；

②鎂條除了能與氮氣反應(yīng)，還可以在二氧化碳?xì)怏w中燃燒生成碳和氧化鎂，該反應(yīng)的化學(xué)方程式∶2Mg＋CO2 2MgO＋C。【驗證實驗】用坩堝鉗夾持鎂條，點燃后迅速伸入盛有氮氣的集氣瓶中，鎂條燃燒，發(fā)出暗紅色火焰，生成淡黃色粉末，并放出大量的熱�！镜贸鼋Y(jié)論】鎂條能在氮氣中燃燒生成固體氮化鎂�！緦嶒灧此肌坑糜跍y定空氣中氧氣含量所選用的藥品，應(yīng)符合的條件是只與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生成物只能是固體。

點睛∶這是一道實驗探究題，主要探究通過實驗測定空氣中氧氣的含量，本實驗成功的關(guān)鍵①裝置氣密性良好②反應(yīng)物過量，生成物只能是固體③冷卻后測量。