Question

甲、乙、丙三同学在学完了第二单元后，对测定空气中氧气含量的实验非常感兴趣，想探究能否用其它物质来代替红磷完成该实验．他们选取了以下几种物质：铁丝、硫粉、木炭、镁条（镁是一种金属）．凭已有知识他们进行了讨论：
（1）甲同学首先认为不能用铁丝代替红磷．他的理由是    ．
（2）乙同学认为也不能用硫粉、木炭代替红磷．他的理由是    ．
（3）丙同学在认真思考乙同学的理由后认为：如果要用木炭来代替红磷而且实验要获得成功必须作一点小小的改进，他预先在集气瓶中装了一种物质，结果他实验成功了，你认为他预先在集气瓶中装的物质是    ．
（4）对于镁条三同学凭已有的知识无法判断，他们于是进行了如下的探究：
他们用如图2所示装置和光亮镁条进行实验，将镁条点燃后迅速放入瓶中燃烧，观察到镁条发出耀眼的白光，有白色粉末状物质产生，冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶容积的70%（实验过程中所有操作都是正确的）
冷却后水能进入集气瓶中的原因是    为了让实验取得成功，该同学进行实验时的第一步是    ．在进行实验时，为了使镁条变得光亮他应进行的操作是    ．
（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超过其容积的五分之一，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有氮气．问题：氮气为什么减少呢？假设一：氮气与瓶内其它物质反应而减少．假设二：    ． 通过以上实验你认为能否用镁条代替红磷测定空气中氧气含量（填：“能”或“不能”）   
（6）已知空气中氧气的体积分数为21%，小兰同学用如图3装置进行验证，实验后发现测得的氧气体积分数小于，请你帮她分析造成这种结果的可能原因（至少答两点）：    ，   
（7）关闭止水夹a、b、c，使过量的红磷和木炭分别在盛有空气的等容积的甲、乙两瓶中同时燃烧，如图所示，试回答：
①燃烧停止并冷却，若打开止水夹a、c后观察到的现象是    ；
②若打开止水夹b、c后观察到的现象是    ；
③若打开止水夹a、b、c后观察到的现象是    ，原因是    ．

Answer

（1）根据铁的性质分析；
（2）根据硫粉、木炭和氧气反应生成气体分析；
（3）根据碳燃烧后生成物的状态分析；
（4）根据反应的特点结合大气压强来解答该题；
（5）根据空气组成中78%的为氮气且不能溶于水，实验中气体减少量达70%，因此可推断应有氮气参加了镁条的燃烧反应；
（6）根据测空气中氧气体积分数实验的注意事项分析；
（7）根据反应后装置中压强的变化分析．
【解析】
（1）铁丝在空气中不燃烧，铁丝只能在纯净的氧气中燃烧；
（2）木炭燃烧消耗氧气，但也同时生成气体二氧化碳，产生的气体二氧化碳占据了消耗掉的氧气的空间，压强不变；
（3）测定空气中氧气的体积分数利用的是压强的改变，所以若把红磷换成木炭，木炭和氧气反应又生成二氧化碳，没有改变集气瓶内的压强，达不到实验目的，可将集气瓶中放上能吸收二氧化碳的氢氧化钠溶液，即可达到实验目的；
（4）镁在燃烧时消耗了瓶内的气体，使压强变小，外界大气压将水压入瓶中；为了让实验取得成功，得保证装置不漏气，因此该同学进行实验时的第一步应是检查装置的气密性；在进行实验时，为了使镁条变得光亮应用砂纸打磨；
（5）占空气体积分数78%的氮气不能溶于水，因此所消耗氮气不会是由于溶解所造成，故可猜想氮气与镁条发生反应而被消耗；因为镁条在点燃的条件下可以和氧气以外的气体反应，因此不能用镁条代替红磷测定空气中氧气含量；
（6）实验后发现测得的氧气体积分数小于l/5，造成这种结果的可能原因：红磷的量不足；瓶内氧气没有耗尽；装置漏气，使外界空气进入瓶内；未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少；
（7）①燃烧停止并冷却，由于左瓶中压强降低，若打开止水夹a、c后，水进入左瓶中；②若打开止水夹b、c后，由于右瓶中压强不变，因此水不会进入右瓶中；③若打开止水夹a、b、c，由于整个装置中的气体总体积减小，压强变小，因此水进入两个集气瓶中．
故答案为：（1）铁丝在空气中不能燃烧；
（2）产生的气体占据了消耗掉的氧气的空间，压强不变；
（3）氢氧化钠溶液；
（4）消耗了瓶内的气体，使压强变小，外界大气压将水压入瓶中；检查装置的气密性；用砂纸打磨；
（5）氮气与镁条反应而减少；不能；
（6）气密性不好；红磷量不足；
（7）①水进入左瓶中；②水不会进入右瓶中；③水进入两个集气瓶中；气体总体积减小，压强变小．