Question

19．法国化学家拉瓦锡通过实验得出的结论是氧气约占空气总体积的$\frac{1}{5}$，某学校兴趣小组同学模仿教材中实验，分别用如图1所示四个装置进行实验验证．（烧杯和集气瓶中液体为水）
（1）用A装置实验，一切操作规范，但几乎没有水进入集气瓶中，原因是木炭燃烧生成的二氧化碳是气体，不能使瓶内外形成气压差；
（2）图2是同学们对装置B的改进实验．主要操作是：在实际容积为250mL的集气瓶里，先装进50mL水，再按图2连接好仪器，按下热的玻璃棒，白磷立即被点燃，集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是ACD（填序号）
A．加快集气瓶冷却
B．减少集气瓶空间
C．缓冲集气瓶内气压的骤然升高
D．液封导气管末端以防气体逸出
（3）同学们没有用装置C进行实验，他们认为，使用该装置实验，无法得出氧气体积的占空气总体积的$\frac{1}{5}$，理由是铁丝在空气中不能燃烧．
（4）同学们用D图进行实验时，发现在生成的白色固体中还夹杂着少量的淡黄色固体．通过化学学习知道镁条在氧气中燃烧生只成白色的氧化镁固体．
[提出问题]为什么会生成淡黄色固体？
[查阅资料]小明查阅资料，记录了下列几种物质的颜色：

物质	氧化镁MgO	氯化镁MgCl2	氮化镁Mg3N2	硝酸镁Mg（NO3）2
颜色	白色	白色	淡黄色	白色

其他同学认为不必查阅氯化镁的颜色，他们认为不可能生成氯化镁，理由是空气中不含氯元素．
[提出猜想]分析资料，小明认为淡黄色固体可能是由镁与空气中的氮气反应生成的．
[实验探究]小明设计实验证实了自己猜想，他的实验方案是将点燃的镁条伸人充满氮气的集气瓶中，观察是否生成淡黄色的固体．
[实验结论]根据小明的实验结果，写出镁条在空气中燃烧的一个文字表达式镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁．
[实验反思]①用D图进行实验，则测得的氧气的含量会＞$\frac{1}{5}$（填“＞”，“＜”或“=”）．
②已知m克MgO和Mg₃N₂的混合物中镁元素的质量为6克，则m的取值范围是8.3克＜m＜10克．

Answer 1

分析 （1）题目要求分析可能造成测量结果小于$\frac{1}{5}$的原因，不仅仅是产生误差，而是强调小于$\frac{1}{5}$，所以要围绕偏低的各种可能进行分析．
（2）集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却，液封导气管末端以防气体逸出，缓冲集气瓶内气压的骤然升高．
（3）考虑铁丝在空气中不能燃烧．
（4）【查阅资料】根据质量守恒定律确定产物中一定不存在氯化镁；
【提出猜想】根据空气的成分和固体的颜色判断淡黄色固体的来源；
【实验探究】根据在纯氧气中燃烧镁条只生成白色固体，在纯氮气中燃烧镁条只生成淡黄色色固体，可采取分别在纯氧气和纯氮气中燃烧镁条，观察现象的方法；
【实验结论】根据反应的反应物、生成物和反应条件书写方程式；
【实验反思】根据镁可以在氮气中燃烧这一特殊性质分析回答．

解答 解：（1）空气中氧气含量的测定，对实验的成败注意事项为：要保证药品过量，要保证装置的气密性良好，同时一定要等到温度恢复到室温再打开止水夹让外界液体进入装置内．所以用A装置实验，一切操作规范，但几乎没有水进入集气瓶中，原因是碳燃烧生成二氧化碳气体，压强几乎没变．
（2）集气瓶里预先装进的50mL水，在实验过程中起到的作用是：加快集气瓶冷却，液封导气管末端以防气体逸出，缓冲集气瓶内气压的骤然升高；故答案为：ACD；
（3）铁丝在空气中不能燃烧，故无法得出氧气的占空气总体积的$\frac{1}{5}$；
（4）【查阅资料】根据质量守恒定律，化学反应前后元素的种类不变，由于空气中无氯元素，所以燃烧产物中一定不存在氯化镁；
【提出猜想】空气中含有氮气，在空气中点燃镁条时，生成的白色固体物质中夹杂着少量的淡黄色固体，而氮化镁为淡黄色，所以淡黄色的固体可能是镁与空气中的氮气反应生成的．
【实验探究】由于在纯氧气中燃烧镁条只生成白色固体氧化镁，在纯氮气中燃烧镁条只生成淡黄色色固体氮化镁，分别在纯氧气和纯氮气中燃烧镁条，观察现象的方法．
【实验结论】镁和氧气在点燃的条件下燃烧生成氧化镁，文字表达式为：镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁；镁和氮气在点燃的条件下反应生成氮化镁，文字表达式为：镁+氮气$\stackrel{点燃}{→}$氮化镁；
【反思与评价】①由此可知：用D图进行实验，则测得的氧气的含量会大于$\frac{1}{5}$
②假设6g镁全部来源于氧化镁，则氧化镁的质量=6g÷$\frac{24}{24+16}×$100%=10g
假设6g镁全部来源于氮化镁，则氮化镁的质量=6g÷$\frac{24×3}{24×3+14×2}$×100%≈8.3g
则m的取值范围是8.3克＜m＜10克．
故答案为：
（1）木炭燃烧生成的二氧化碳是气体，不能使瓶内外形成气压差；
（2）ACD；
（3）铁丝在空气中不能燃烧；
（4）空气中不含氯元素；氮气；将点燃的镁条伸人充满氮气的集气瓶中，观察是否生成淡黄色的固体；镁+氧气$\stackrel{点燃}{→}$氧化镁；
＞；8.3克＜m＜10克

点评 正确理解质量守恒定律的内容，了解燃烧的定义及定义的拓展意义是解决问题的关键，书写化学方程式一定要确定反应物和生成物的化学式，不要忘记配平和条件．