Question

红磷实验中氧气体积大于1/5的原因

Answer 1

氧气在红磷实验中的体积大于1/5是由于氧气在高温下会发生分解的现象。在红磷实验中，红磷会燃烧使设备内部温度升高。随着温度升高，氧气分子内部的振动能量也会增加。当氧气分子内部的振动能量超过一定程度时，氧气分子就会分解成两个单质氧原子，而单质氧原子是不稳定的，它们会与其他氧分子结合形成氧气分子，因此氧气在分解和合并之间保持着动态平衡。
在红磷实验中，由于氧气分子分解后生成的单质氧原子会与其他氧气分子重新组合，因此在实验过程中，氧气分子分解和组合都在不停地进行，最终形成的氧气分子气体总体积会大于未分解的氧气分子气体的1/5。
进一步地，红磷实验也说明了氧气分子的能量状态是与温度和压力密切相关的。只有在高温的条件下，氧气分子内部的振动能量才能达到裂解氧分子的能量标准。正是基于这个原理，工业界能通过加热高压的氧气来制备单质氧气原料。
值得注意的是，在红磷实验进行前，需要保证设备中的空气中没有杂质气体，否则当红磷燃烧时，会与空气中的氮气等杂质气体发生反应，使得实验结果出现偏差。因此，在进行红磷实验前，需要先将设备通气，排除杂质气体。