Question

某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图．该同学的实验步骤如下：
①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记．
②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞．
③充分反应后，待集气瓶冷却至室温，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______，由此可得出空气中氧气的体积分数约为______．
（3）该实验可推论出氮气______（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质______（填“活泼”或“不活泼”）的结论．
（4）若将红磷换成炭粉，该实验能否获得成功？为什么？______．

Answer

（1）依据红磷能与空气中的氧气反应生成五氧化二磷，五氧化二磷是一种固体进行分析．
（2）红磷与氧气反应生成固体，消耗了瓶内的气体，压强减小，外界大气压会压着水进入集气瓶；
（3）利用反应后的现象结合已有的有关氮气的性质进行分析判断；
（4）炭粉与氧气反应生成了二氧化碳，二氧化碳是一种气体分析判断．
【解析】
（1）实验的目的是测定空气中氧气含量，原理是消耗氧气使装置内外产生压强差，水被吸入占据氧气的空间，从而达到测定氧气的目的．红磷过量，可使集气瓶中的氧气完全消耗．
（2）红磷与氧气反应，生成了白烟五氧化二磷固体，所以会导致集气瓶内压强减小，水被压入集气瓶，进入的水量正好占据集气瓶内氧气的空间，约为集气瓶体积的；
（3）水进入瓶内占五分之一．不再继续进入说明氮气不能与红磷反应，也不能溶于水或与水反应；
（4）炭粉尽管能与氧气反应，除去了瓶内的氧气，但由于反应生成了二氧化碳气体，且反应后瓶内的气体体积没有减少，所以气压不会减小，故实验不能测定出空气中氧气的含量．
故答案为：（1）充分反应掉集气瓶中的氧气（2）水沿导管被吸入集气瓶中；（3）难；不活泼；（1）使集气瓶中的氧气完全消耗
（2）烧杯内的水沿导管流入集气瓶中，液面大约在标记下数第1处   1/5（或21%）
（3）难 不活泼
（4）否，碳燃烧生成二氧化碳气体，使瓶内气压变化不大，水不能进入瓶内