首先,红磷燃烧会产生五氧化二磷(P₂O₅),这是一种白色固体颗粒,它会迅速吸收空气中的水分形成磷酸小液滴。这一过程伴随着热量释放,导致周围气体温度上升,从而引起气压的短暂升高。然而,随着热量散失和冷却过程开始,温度下降使得内部气体体积收缩,气压也随之降低。
其次,由于红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气,原有的氧分子减少会导致气体总摩尔数下降。根据理想气体状态方程PV=nRT可知,在体积固定的情况下,气压与气体物质的量成正比关系。因此,氧气被消耗后,气压进一步下降。
最终,在整个反应结束并达到稳定状态时,集气瓶内形成了负压环境。这种负压正是实验成功的关键所在——外界大气压将水位推入瓶内,通过测量进入瓶中的水量即可计算出空气中氧气的比例。值得注意的是,为了确保实验结果准确,必须保证红磷完全燃烧,并且装置密封良好以避免外界干扰。
综上所述,红磷燃烧过程中集气瓶内气压的变化是由温度效应、气体成分改变以及外界压力共同作用形成的综合结果。这一现象不仅帮助我们理解了化学反应的基本原理,也为定量分析提供了直观而有效的手段。