Question

【题目】二百多年前，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。仿照这个历史上著名实验的原理，我们可以用图1所示装置来测定空气中氧气的含量。

【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么测出的氧气含量远低于21%？

【分析讨论】（1）实验装置漏气；（2）________________，导致装置内氧气有剩余；（3）……

【实验与交流】在老师的指导下，同学们查阅了白磷、红磷等物质燃烧需要的最低含氧量如下：

资料1：

可燃物名称	红磷	白磷	蜡烛
最低含氧量/%	8.0	4.0	16.0

甲、乙、丙三个小组分别用上述过量红磷、白磷、蜡烛三种物质进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后的氧气浓度分别为8.85%、3.21%、16.7%，数据与表中的理论值基本一致。其中蜡烛燃烧后用测一氧化碳浓度传感器测算一氧化碳浓度约为2%。

资料2：蜡烛或者木炭在密闭的集气瓶中燃烧，氧气浓度会不断变小，会有一氧化碳气体生成。常温下一氧化碳难溶于水，且不与澄清石灰水反应。根据以上信息回答下列问题：

（1）白磷和红磷相比，使用白磷能使结果更准确，其原因是_______________________。

（2）请写出红磷燃烧的化学方程式______________，该反应属于___________反应（填一种基本反应类型）；有同学提议选用木炭替代红磷做实验，在集气瓶底部预先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳气体，小华觉得不可行，其主要原因是________________。

（3）兴趣小组用白磷代替红磷进行实验，已知化学反应前后元素种类和质量都不发生改变，若该实验中消耗的氧气质量为0.8克，则理论上生成的五氧化二磷的质量为______。

【实验拓展】某校研究性学习小组用下图装置进行镁条在空气中燃烧的实验。燃烧、冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶体积的70%。

（4）实验过程中，若弹簧夹未夹紧，则进入集气瓶中的水会_______（选填“偏大”、“偏小”或“不变”）。

（5）如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的_______，现进入集气瓶中水的体积约为其容积的 70%，根据空气的组成可推出减少的气体中还一定有氮气，其理由是______________________。

【提出问题】氮气是怎样减少的呢？

【作出假设】氮气是与镁条反应而减少的。

【查阅资料】

①镁条在空气中燃烧时，不仅与空气中的氧气反应生成氧化镁，还能与氮气反应生成氮化镁（氮化镁中氮元素的化合价为-3价），请写出镁条与氮气反应的化学方程式__________；

②镁条除了能与氮气反应，还可以在二氧化碳气体中燃烧生成碳和氧化镁，请你写出该反应的化学方程式___________

【验证实验】用坩埚钳夹持镁条，点燃后迅速伸入盛有氮气的集气瓶中，镁条燃烧，发出暗红色火焰，生成淡黄色粉末，并放出大量的热。

【得出结论】镁条能在氮气中燃烧生成固体氮化镁。

【实验反思】通过以上实验探究，我们可以知道用于测定空气中氧气含量所选用的药品，应符合的条件是____________________。

Answer 1

【答案】 红磷的量不足 白磷消耗氧气更充分 4P＋5O22P2O5 化合 木炭在氧气浓度较低时，会生成CO气体，且CO气体难溶于水，不与澄清石灰水反应 1.42 偏大 21%或1/5 氮气约占空气组成的78%，大于49% 【答题空10】3Mg＋N2Mg3N2 2Mg＋CO22MgO＋C 只与空气中的氧气发生反应

【解析】【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么测出的氧气含量远低于21%？【分析讨论】（1）实验装置漏气；（2）红磷的量不足，导致装置内氧气有剩余；【实验与交流】资料1：资料2：（1）白磷和红磷相比，使用白磷能使结果更准确，其原因是白磷消耗氧气更充分。（2）红磷燃烧的化学方程式∶4P＋5O2 2P2O5，该反应属于化合反应，两种物质生成了一种物质；用木炭替代红磷做实验，在集气瓶底部预先放少量澄清石灰水吸收生成的二氧化碳气体，小华觉得不可行，其主要原因是木炭在氧气浓度较低时，会生成CO气体，且CO气体难溶于水，不与澄清石灰水反应。（3）用白磷代替红磷进行实验，若该实验中消耗的氧气质量为0.8克，则理论上生成的五氧化二磷的质量为∶

4P＋5O2 2P2O5

160 284

0.8g x

＝ ,x＝1.42g.

【实验拓展】镁条在空气中燃烧的实验。（4）实验过程中，若弹簧夹未夹紧，则进入集气瓶中的水会偏大。（5）如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多不超过其容积的21%或1/5，现进入集气瓶中水的体积约为其容积的 70%，根据空气的组成可推出减少的气体中还一定有氮气，其理由是氮气约占空气组成的78%，大于49%。【提出问题】氮气是怎样减少的呢？【作出假设】氮气是与镁条反应而减少的。【查阅资料】

①镁条在空气中燃烧时，不仅与空气中的氧气反应生成氧化镁，还能与氮气反应生成氮化镁（氮化镁中氮元素的化合价为-3价），镁条与氮气反应的化学方程式3Mg＋N2 Mg3N2 ，根据正负总价代数和为零原则，氮化镁化学式是Mg3N2；

②镁条除了能与氮气反应，还可以在二氧化碳气体中燃烧生成碳和氧化镁，该反应的化学方程式∶2Mg＋CO2 2MgO＋C。【验证实验】用坩埚钳夹持镁条，点燃后迅速伸入盛有氮气的集气瓶中，镁条燃烧，发出暗红色火焰，生成淡黄色粉末，并放出大量的热。【得出结论】镁条能在氮气中燃烧生成固体氮化镁。【实验反思】用于测定空气中氧气含量所选用的药品，应符合的条件是只与空气中的氧气发生反应，生成物只能是固体。

点睛∶这是一道实验探究题，主要探究通过实验测定空气中氧气的含量，本实验成功的关键①装置气密性良好②反应物过量，生成物只能是固体③冷却后测量。