Question

某同学在学习了拉瓦锡测空气中氧气含量的测定方法后，自己设计如图所示的装置，用来测空气中氧气的含量．该同学的实验步骤如下：
（1）将图中的集气瓶分为5等份，并做好标记；
（2）将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入瓶内，塞紧橡皮塞；
（3）充分反应后，冷却到室温，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______．
②步骤（3）中打开止水夹后观察到的现象是______．由此可出的结论为______．
③该实验可推论出氮气______（填“难”或“易”）溶于水和其化学性质______（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
④实验中最终气体减少的体积常常小于拉瓦锡测定的，从装置和操作的失误分析，其原因可能是______．
⑤______（填“能”或“不能”）用硫粉代替红磷使用，原因是______．

Answer 1

解：①实验中红磷需稍过量，可确保空气中氧气完全反应，以精准测定氧气的体积；
②充分反应后，冷却到室温，打开止水夹，瓶内气体的减少而使压强减小，烧杯中水进行瓶中补充氧气所占的体积，即进行水的体积为原来氧气的体积；
③瓶内剩余气体主要为氮气，进行的水体积只占瓶容积的，可判断剩余的氮气不易溶于水，红磷也不能与氮气发生反应，可判断氮气化学性质不活泼；
④如果红磷量不足而不能完全消耗氧气，燃烧后未完全冷却而剩余气体仍膨胀等，会出现最终气体减少的体积小于；
⑤红磷燃烧生成固体五氧化二磷不影响气体体积的测定，而硫燃烧生成的气体二氧化硫则会对气体体积测定产生极大影响，因此不宜选用硫粉代替红磷．
故答案为：
①耗尽瓶内空气中的氧气；
②水进入瓶内，液面至刻度“1”处；空气中体积的氧气；
③难；不活泼；
④红磷量不足（或未完全冷却至室温等其它合理答案）；
⑤不能；硫燃烧生成的气体二氧化硫影响氧气体积的测定．
分析：利用红磷能与氧气反应而不与空气中其它气体成分发生反应，经过过量红磷的完全燃烧使瓶内空气中氧气完全消耗而使气体体积减小，打开橡皮塞后进行瓶内水的体积即燃烧所消耗氧气的体积，从而测定出空气中氧气所占体积比．该实验也说明了氮气不易溶于水、不与红磷反应等，实验中若冷却不充分或红磷量不足等等都可能导致所测得气体体积小于．
点评：本题主要考查用红磷测定空气组成的实验原理、操作、现象、结论和注意事项，难度稍大．