15.(8分)如图为气体成分测定实验装置,按要求回答下列问题。

(1)回顾历史:二百多年前,法国化学家拉瓦锡用图1实验装置定量测定了空气的成分,最后得出空气是由组成的结论。
(2)着眼现在:实验室中可通过图2、图3所示的实验装置定量测定空气成分。在未打开弹簧夹前,观察到两个装置中共同的实验现象是;图2装置集气瓶中装少量水的作用点是;图3装置较图2装置的优点是。
(3)模拟拓展:如图4所示,取容积为250 mL的集气瓶,实验前加入50 mL水(实验误差忽略不计),实验结束后打开弹簧夹,水倒吸回瓶内的体积约为 mL。
(4)利用数字传感技术可较准确地测定空气中氧气的含量(如图4所示),其中与集气瓶相连的压强传感器能将集气瓶内的压强精确地记录下来。图中$ p_0 $是集气瓶内初始气压,$ p $是反应结束恢复到室温时集气瓶内的气压(假定气密性良好)。
①集气瓶内的压强会先增大后减小的原因是。
②能否用木炭替代红磷测定氧气的含量? (选填“能”或“不能”)。
③实验结束后观察到进入集气瓶内水的体积小于$\frac{1}{5}$,其原因是(答一条即可)。

15.(1)氮气和氧气
(2)产生大量白烟 加速降温和吸收五氧化二磷(合理即可) 更准确、更环保(合理即可)
(3)40
(4)①红磷燃烧放热,使瓶内气体受热膨胀,压强增大;随着反应的进行,氧气被消耗,则压强又逐渐减小(合理即可) ②不能
③红磷的量不足(或:装置漏气,合理即可)

【分析】
本题围绕测定空气成分的经典实验展开，需结合拉瓦锡实验结论、红磷/白磷燃烧实验的原理与现象、实验装置的优缺点、氧气体积占比、压强变化原因、实验误差分析等知识点解题。解题时，先回忆拉瓦锡的实验结论，再分析磷燃烧的共同现象，结合装置特点判断优缺点；根据集气瓶内空气体积计算倒吸水的体积；从燃烧放热、氧气消耗解释压强变化，依据生成物状态判断能否用木炭替代，最后分析实验误差的常见原因。
【解析】
(1) 二百多年前拉瓦锡通过实验得出空气由氮气和氧气组成的结论。
(2) 图2、图3中均为磷燃烧，未打开弹簧夹前，共同现象是产生大量白烟；图2集气瓶中少量水的作用是加速装置降温，同时吸收有毒的五氧化二磷；图3装置利用太阳光点燃白磷，无需打开瓶塞，避免了装置漏气或污染，优点是更准确、更环保。
(3) 集气瓶容积250 mL，实验前加入50 mL水，因此瓶内空气体积为250 mL - 50 mL = 200 mL，氧气约占空气体积的1/5，故倒吸回水的体积约为200 mL × 1/5 = 40 mL。
(4) ①集气瓶内压强先增大后减小：红磷燃烧放热，使瓶内气体受热膨胀，压强增大；反应结束后温度冷却至室温，且氧气被消耗，压强逐渐减小。②木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强无明显变化，无法测定氧气含量，故不能用木炭替代红磷。③水体积小于1/5的原因可能是红磷的量不足，未将瓶内氧气完全消耗（或装置漏气、未冷却至室温就打开弹簧夹等，合理即可）。
【答案】
(1) 氮气和氧气
(2) 产生大量白烟；加速降温和吸收五氧化二磷(合理即可)；更准确、更环保(合理即可)
(3) 40
(4) ①红磷燃烧放热，使瓶内气体受热膨胀，压强增大；随着反应的进行，氧气被消耗，则压强又逐渐减小(合理即可)；②不能；③红磷的量不足(或装置漏气，合理即可)
【知识点】
空气组成的测定、红磷燃烧实验、实验误差分析
【点评】
本题考查测定空气成分的核心实验，涵盖经典实验、改进实验与数字传感实验，要求学生掌握实验原理、现象、装置优缺点及误差分析，是初中化学的重点考点，需学生理解实验设计的逻辑。
【难度系数】
0.6