Question

【題目】科學探究和證據推理是化學學科的核心素養。化學興趣小組對“測定空氣中氧氣的含量”實驗進行探究，并基于證據進行推理分析。

I.用紅磷測定空氣中氧氣的含量

(1)寫出紅磷在空氣中燃燒的化學方程式：___________。

(2)某同學利用圖1所示裝置進行實驗，步驟如下：

①用彈簧夾夾緊膠皮管；

②點燃燃燒匙內的紅磷，立即伸入瓶中并塞緊瓶塞；

③___________；

④觀察并記錄水面的變化情況。

多次實驗發現，集氣瓶內水平面上升始終小于1/5。

Ⅱ.用鎂條測定空氣中氧氣的含量

(3)某同學進行圖2所示實驗時發現，產物中有少許黃色固體。

（提出問題）黃色固體是什么呢?

（查閱資料）①氧化鎂為白色固體；

②鎂能與空氣中的___________反應生成黃色的氮化鎂(Mg3N2)固體；

③氮化鎂可與水反應生成氨氣。

（做出猜想）黃色固體為Mg3N2

（實驗過程）進行圖4所示實驗：取燃燒產物于燒杯B中，加入適量水，然后用大燒杯罩住小燒杯A和B。

（實驗結論）觀察到的現象是___________，據此可推斷燃燒產物中含氮化鎂(Mg3N2)。

（反思交流）進行圖2所示實驗時，在確保規范操作的前提下，該同學所測得的空氣中氧氣的體積分數___________(填“大于”“小于”或“等于”)1/5。

Ⅲ.用鐵粉測定空氣中氧氣的含量

(4)某同學利用鐵生銹的原理，用鐵粉測定空氣中氧氣的含量，實驗裝置如圖3所示。當燒杯中不再有水進入集氣瓶時，該同學停止實驗。實驗開始和結束時所采集的數據如下表：

實驗前的體積		實驗后的體積
集氣瓶內空氣	燒杯內水	燒杯內剩余水
250mL	180.0mL	129.5mL

①鐵生銹的原理是鐵與空氣中的___________發生反應。

②實驗時該同學不是將鐵粉堆在瓶底，而是將鐵粉撒在浸潤了氯化鈉溶液的濾紙條上，再將濾紙條貼在集氣瓶內壁，其目的是___________。

③該同學所測得的空氣中氧氣的體積分數為___________(精確到0.1%)。

④與紅磷燃燒法相比，用該法測定空氣中氧氣含量的主要優點是___________。

Ⅳ.拓展應用

(5)取2.4g鎂條在足量O2和N2的混合氣體中完全燃燒，所得固體質量為a g，則a的取值范圍是3.3<a<___________。

Answer 1

【答案】4P+5O22P2O5 待裝置冷卻后再打開止水夾 氮氣（或N2） A燒杯中酚酞變紅 大于 氧氣和水 增大與氧氣的接觸面積（或提高反應速率） 20.2% 測量結果更準確（或不需要加熱，便于操作） 4

【解析】

Ⅰ

（1）紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，故填4P+5O22P2O5；

（2）

③紅磷點燃伸入集氣瓶，待反應結束，裝置冷卻后再打開止水夾，觀察并記錄水面的變化情況，故填待裝置冷卻后再打開止水夾；

Ⅱ

（3）

[查閱資料]

②氮化鎂中含有氮元素，空氣中含有氮氣，故填氮氣（或N2）；

[實驗結論]

氮化鎂可與水反應生成氨氣，氨氣易揮發，溶于水顯堿性，能使無色酚酞變紅，觀察到A燒杯中酚酞變紅證明有氨氣生成，說明燃燒產物中含有氮化鎂，故填A燒杯中酚酞變紅；

[反思交流]

紅磷燃燒不僅消耗集氣瓶內氧氣，紅磷還和氮氣反應生成氮化鎂，使得集氣瓶內氣體減少的體積大于五分之一，故填大于；

Ⅲ

（4）

①鐵生銹是鐵與空氣中的氧氣和水發生的較為復雜的反應，故填氧氣和水；

②將鐵粉撒在浸潤了氯化鈉溶液的濾紙條上，再將濾紙條貼在集氣瓶內壁，可以增大鐵粉與氧氣的接觸面積，提高反應速率，故填增大與氧氣的接觸面積（或提高反應速率）；

③氧氣的體積分數等于反應消耗的氧氣體積除以集氣瓶內空氣體積，即×100%=20.2%，故填20.2%；

④與紅磷燃燒法相比，用該法測定空氣中氧氣含量不需要加熱，便于操作，空氣中減少的氣體為氧氣，測量結果更準確，故填測量結果更準確（或不需要加熱，便于操作）；

Ⅳ

（5）

當2.4g鎂在足量氧氣中燃燒時，生成氧化鎂，根據

可知a=4g，

當2.4g鎂在足量氮氣中燃燒時，生成氮化鎂，根據

可知a≈3.3g，當2.4g鎂條在足量O2和N2的混合氣體中完全燃燒，所得固體質量應大于3.3g小于4g，故填4。