Question

10．為測(cè)定空氣中氧氣的含量，某同學(xué)設(shè)計(jì)如下方案：選用實(shí)際容積為40mL的試管作反應(yīng)容器，將過(guò)量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過(guò)導(dǎo)管與實(shí)際容積為60mL且潤(rùn)滑性很好的針筒注射器組成實(shí)驗(yàn)裝置，活塞前沿穩(wěn)定在20mL刻度處（如圖所示）．假設(shè)此實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬凑赵撏瑢W(xué)的設(shè)想正常進(jìn)行，且白磷所占體積與導(dǎo)管內(nèi)的氣體體積忽略不計(jì)，請(qǐng)回答下列問(wèn)題：
（1）實(shí)驗(yàn)前，要先檢查氣密性，其方法是：打開(kāi)彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開(kāi)手，若活塞仍能返回至20mL刻度處則說(shuō)明裝置的氣密性好．
（2）實(shí)驗(yàn)中，若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開(kāi)彈簧夾．可觀察到注射器活塞移動(dòng)情況及最后定位情況應(yīng)該是白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞前沿約在12mL的刻度線上；若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應(yīng)直至燃燒結(jié)束，試管冷卻．可觀察到注射器活塞移動(dòng)情況及最后定位情況應(yīng)該是白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞先向右移動(dòng)，最終穩(wěn)定在約8mL的刻度線上．
（3）若按上述方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可能會(huì)遇到諸多問(wèn)題而發(fā)生危險(xiǎn)，造成實(shí)驗(yàn)失敗．例如：橡膠塞彈出．

Answer 1

分析 本題是測(cè)定氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)的實(shí)驗(yàn)探究，要把空氣中的氧氣消耗掉，在本實(shí)驗(yàn)中用的是過(guò)量的白磷，燃燒后的生成物是固體，不需要占很大的空間．本實(shí)驗(yàn)中用的是40mL的試管與實(shí)際容積為60mL且潤(rùn)滑性很好的針筒注射器，并且活塞在20mL處，有助于反應(yīng)結(jié)束后計(jì)算體積．要使本實(shí)驗(yàn)成功，必須注意以下幾點(diǎn)：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數(shù)．還要注意防止試管受熱不均或氣體體積受熱膨脹過(guò)大，從而造成試管炸裂．

解答 解：（1）實(shí)驗(yàn)前打開(kāi)彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開(kāi)手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說(shuō)明整個(gè)裝置都不漏氣；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時(shí)白磷燃燒消耗掉的只是試管內(nèi)的氧氣為40mL×$\frac{1}{5}$，=8mL，所以活塞應(yīng)停在20mL-8mL=12mL的刻度處；
若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷實(shí)際消耗掉的是試管40mL和注射器內(nèi)20mL的氧氣為（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，所以活塞應(yīng)停在20mL-12mL=8mL的刻度處；
（3）因?yàn)榘琢自诿荛]容器內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量使氣體膨脹，可能會(huì)使橡膠塞彈出、試管爆裂、不使用彈簧夾可能會(huì)使注射器活塞彈出等，造成實(shí)驗(yàn)失��；
故答案為：
（1）打開(kāi)彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開(kāi)手，若活塞仍能返回至20mL刻度處；
（2）白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞前沿約在12mL的刻度線上；
（3）白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞先向右移動(dòng)，最終穩(wěn)定在約8mL的刻度線上；
（4）橡膠塞彈出（或試管爆裂、注射器活塞彈出等合理均可）．

點(diǎn)評(píng) 本題主要考查實(shí)驗(yàn)測(cè)定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實(shí)驗(yàn)失敗的原因的分析，解此類(lèi)問(wèn)題時(shí)關(guān)鍵是分析清楚實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的注意事項(xiàng)．