拉瓦锡研究空气成分所用的装置中那个汞槽是密闭的吗？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2022-07-29 15:45 标签： 拉瓦锡为什么选用汞进行实验

空气中氧气含量测定的再认识。
【经典赏析】拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分(装置如图1)，通过该实验拉瓦锡得出了空气是由氧气和

(填物质名称)组成的，其中氧气约占空气总体积的1/5。
(1)实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量(装置如图2)，兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于1/5。其原因可能是：装置漏气；红磷量不足，装置内氧气有剩余；

(2)由于红磷在空气中点燃后才放入集气瓶内，实验缺陷：①测定结果不准确；②

【提出问题】能否设计一套实验装置以解决上述缺陷？
改进一：兴趣小组同学，设计了如图3所示装置：用一个100mL量筒倒扣在水中，使量筒内外液面均位于40mL处，量筒内浮着一个贴有银片的小木块，银片上放有足量白磷，将整套装置置于垫有

(填仪器名称)的铁架台的铁圈上加热。一会儿，白磷发生燃烧，量筒内液面上升，向烧杯内加水直至量筒内外液面相平，读出此时液面所对刻度。
(3)放白磷的平板用银做的原因是：银的

(填物理性质)性好，易将白磷温度升高，且化学性质稳定；
(4)最终，液面大约位于量筒刻度

mL处；白磷燃烧的文字表达式为

改进二：兴趣小组同学又进行了大胆改进，设计图4(选用容积为40mL的的试管作反应容器，注射器活塞初始位置为20mL处，注射器空间为20mL，活塞与内壁摩擦力及连接管空间容积忽略不计)实验方案进行，收到了良好的效果。
(5)兴趣小组同学装配好图4装置，确认气密性良好后，将弹簧夹松开，直接给足量的红磷加热，红磷燃烧后，一开始活塞的运动方向为

，反应完全并冷却后，注射器活塞最终将停留在约为

mL(填整数)刻度处。
(6)对照图2，改进后的实验装置有何优点

【推荐1】历史上众多的化学家对空气展开了一系列的研究，在无数次思维的碰撞中，最终迸发出的是人类文明不断进步的火花。
(1)1777年，拉瓦锡在曲颈甑中（装置A）加热汞（Hg），玻璃钟罩及甑中气体体积Vg=50立方英寸（一种体积单位，下同）。加热第2天，甑中汞表面出现红色粉末（HgO）。12天后，红色粉末不再增加，结束实验。使装置冷却至室温，玻璃钟罩及瓶中气体体积经测量Vg=40立方英寸。
①加热12天至红色粉末不再增加才结束的原因是

②根据拉瓦锡的实验，计算出空气中氧气的体积含量为

③发生反应的化学方程式为

(2)查阅资料：镁在空气中燃烧，氧气、氮气、二氧化碳都可以助燃。人们沿着科学家的足迹，对反应物进行了优化，氧气与分别用铜粉、红磷等进行实验。
①图B、D实验过程中，需要不断推拉注射器活塞的目的是

。图B实验中小气球的作用是

，发生反应的化学方程式为

。未待装置冷却至室温就读数，会造成测定空气中氧气的含量

（填“偏大”、“偏小”或“无影响”）。
②装置C、D的实验中红磷（P）燃烧生成白色P2O5固体，反应的化学方程式为

①若用木炭代替红磷测定空气中氧气的含量是否可以，说明理由：

②用镁条代替红磷或铜粉来测定空气中氧气的含量否可以，说明理由：

③小组内同学反思上述实验的探究过程后认为：用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时，在药品的选择或生成物的要求上应考虑的是

【推荐2】某化学兴趣小组的同学对空气中氧气的含量测定进行再探究。
（一）甲组同学利用某脱氧剂测定空气中氧气含量，兴趣小组进行了如下实验：使用图1装置进行实验。实验前应先进行的操作是

步骤1：在注射器中放入足量脱氧剂粉末（体积为2mL），封闭。
步骤2：打开弹簧夹，将活塞向右拉至AmL处，关闭弹簧夹。
步骤3：不断轻轻晃动注射器，至活塞位置不再发生变化，活塞停在BmL处。
【数据处理】请列出所测得空气中氧气含量的计算式

【实验对比】实验室常通过燃烧红磷法测定空气中氧气的含量（装置如图2）。
多次实验发现，集气瓶内上升的水面始终小于瓶内原有空气体积的五分之一。
【拓展研究】查阅资料得知，当空气中氧气的体积分数降至约为7%以下时，红磷不再燃烧。由此可知，燃烧红磷法测定结果不够准确。
【实验评价】与燃烧红磷法相比，脱氧剂法测定空气中氧气含量的优点是

（二）乙组同学利用图3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容积的70%。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

%。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有

【推荐3】有关空气组成的研究与发现对化学的发展做出了重要贡献。
I.拉瓦锡的研究：用加热汞的方法测定空气中氧气的含量如图1所示，拉瓦锡把少量的汞放在密闭的玻璃容器中连续加热12天后，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，容器内空气体积减少了约五分之一。收集汞表面生成的红色粉末（氧化汞），置于另一容器内强热得到了汞和氧气，且氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气体积。
（1）上述实验中，使用汞的优点有

A 汞为液态，在加热的条件下只与氧气反应且生成物为固体
B 时间足够长，能将密闭装置中的氧气几乎耗尽
C 无法观察装置中气体体积的变化
D 得到的红色氧化汞粉末加热分解的气体体积+剩余气体体积=原空气体积
（2）继拉瓦锡研究后，英国科学家瑞利经多次实验发现：从空气分离得到的氮气密度总是略大于纯净氮气密度。造成这一差异主要与空气中的

II.现代化学实验可以更多地借助数字化仪器，某科学兴趣小组利用数显设备、气压传感器等对课本实验进行进一步探究：
兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了如图的探究，实验步骤如下：
①检查装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1关闭活塞；
②点燃燃烧匙内的足量的红磷，立即塞紧瓶塞；
③待火焰熄灭并冷却后，过一段时间打开活塞，观察到集气瓶中的水位上升。待集气瓶内的水面不再上升时，集气瓶内的气体体积为V2；
④然后向右边容器内加入一定量的水至两边水面再次相平，此时集气瓶内的气体体积为V3。
在点燃红磷至打开活塞这一过程中，观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先上升后下降，再趋于稳定。
（1）红磷燃烧的文字或符号表达式为

（2）数显设备显示，开始一段时间内集气瓶内的气体压强上升，这是因为温度升高导致的气压变化量

（选填“大于”、“等于”或“小于”）氧气量减少导致的气压变化量。
（3）基于数显设备显示的气压变化，“过一段时间打开活塞”中的“一段时间”指的是火焰熄灭后到

（4）该兴趣小组同学经多次实验发现：当反应停止并恢复至室温，用氧气浓度传感器测得广口瓶内始终有8%左右的氧气残留。请分析红磷燃烧无法耗尽氧气的原因是

（已排除操作原因引起的实验误差）。
（5）在整个实验过程中，集气瓶中减少的氧气体积为

（用“V1、V2、V3”的关系式表示）。
Ⅲ.兴趣小组B的实验：用铁生锈原理测定空气中氧气含量（如图3所示）。测得实验数据如表：

实验后烧杯中剩余水的体积 集气瓶（扣除内容物）和导管的容积

（6）根据表中数据，计算实验测得的空气中氧气的体积分数是

（计算结果精确到0.1%）。

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