Question

【題目】二百多年前，法國化學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低于21%？

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

【實驗與交流】在老師的指導下，同學們查閱了白磷、紅磷等物質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、蠟燭三種物質進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后的氧氣濃度分別為8.85%、3.21%、16.7%，數據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，會有一氧化碳氣體生成。常溫下一氧化碳難溶于水，且不與澄清石灰水反應。根據以上信息回答下列問題：

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

（2）請寫出紅磷燃燒的化學方程式______________，該反應屬于___________反應（填一種基本反應類型）；有同學提議選用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳氣體，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行實驗，已知化學反應前后元素種類和質量都不發生改變，若該實驗中消耗的氧氣質量為0.8克，則理論上生成的五氧化二磷的質量為______。

【實驗拓展】某校研究性學習小組用下圖裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗。燃燒、冷卻后打開止水夾，進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，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的_______，現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的 70%，根據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】氮氣是與鎂條反應而減少的。

【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生成氧化鎂，還能與氮氣反應生成氮化鎂（氮化鎂中氮元素的化合價為-3價），請寫出鎂條與氮氣反應的化學方程式__________；

②鎂條除了能與氮氣反應，還可以在二氧化碳氣體中燃燒生成碳和氧化鎂，請你寫出該反應的化學方程式___________

【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，發出暗紅色火焰，生成淡黃色粉末，并放出大量的熱。

【得出結論】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 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生反應

【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低于21%？【分析討論】（1）實驗裝置漏氣；（2）紅磷的量不足，導致裝置內氧氣有剩余；【實驗與交流】資料1：資料2：（1）白磷和紅磷相比，使用白磷能使結果更準確，其原因是白磷消耗氧氣更充分。（2）紅磷燃燒的化學方程式∶4P＋5O2 2P2O5，該反應屬于化合反應，兩種物質生成了一種物質；用木炭替代紅磷做實驗，在集氣瓶底部預先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳氣體，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。（3）用白磷代替紅磷進行實驗，若該實驗中消耗的氧氣質量為0.8克，則理論上生成的五氧化二磷的質量為∶

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，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的21%或1/5，現進入集氣瓶中水的體積約為其容積的 70%，根據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】氮氣是與鎂條反應而減少的。【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生成氧化鎂，還能與氮氣反應生成氮化鎂（氮化鎂中氮元素的化合價為-3價），鎂條與氮氣反應的化學方程式3Mg＋N2 Mg3N2 ，根據正負總價代數和為零原則，氮化鎂化學式是Mg3N2；

②鎂條除了能與氮氣反應，還可以在二氧化碳氣體中燃燒生成碳和氧化鎂，該反應的化學方程式∶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，發出暗紅色火焰，生成淡黃色粉末，并放出大量的熱。【得出結論】鎂條能在氮氣中燃燒生成固體氮化鎂。【實驗反思】用于測定空氣中氧氣含量所選用的藥品，應符合的條件是只與空氣中的氧氣發生反應，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，本實驗成功的關鍵①裝置氣密性良好②反應物過量，生成物只能是固體③冷卻后測量。