Question

17．為測定空氣中氧氣的含量，小華同學(xué)設(shè)計(jì)如下方案：選用實(shí)際容積為40mL的試管作為反應(yīng)容器，將過量的紅磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導(dǎo)管與實(shí)際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如圖1的實(shí)驗(yàn)裝置．假設(shè)此實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虬凑招∪A的設(shè)想正常進(jìn)行，紅磷所占體積與導(dǎo)管內(nèi)的氣體體積忽略不計(jì)，且兩個(gè)容器間的導(dǎo)管足夠粗，保持空氣正常流動．請回答下列問題：
（1）實(shí)驗(yàn)前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置的氣密性好；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察活塞最終停在12刻度處；
（3）若先打開彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，充分反應(yīng)直至燃燒結(jié)束，可觀察到活塞先向右運(yùn)動，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因白磷燃燒放熱，壓強(qiáng)增大；試管冷卻到室溫后發(fā)現(xiàn)活塞停在8刻度處．
（4）小華設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和圖2實(shí)驗(yàn)比較，優(yōu)點(diǎn)有實(shí)驗(yàn)在密閉體系中進(jìn)行，減少了空氣污染，讀數(shù)更準(zhǔn)確．
（5）若按小華的設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際可能遇到諸多問題而發(fā)生危險(xiǎn)，造成實(shí)驗(yàn)失�。�如橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．

Answer 1

分析 只有熟悉用紅磷測定空氣組成的實(shí)驗(yàn)原理、操作、現(xiàn)象、結(jié)論和注意事項(xiàng)，才能正確解答本題．

解答 解：（1）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個(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；
（3）若先打開彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，充分反應(yīng)直至燃燒結(jié)束，可觀察到活塞先向右運(yùn)動，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因白磷燃燒放熱，壓強(qiáng)增大；
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；
（4）圖1的設(shè)計(jì)操作與圖2比較，它可以防止磷燃燒產(chǎn)生的白煙散逸到空氣中，再就是裝置的刻度更清楚，讀數(shù)更準(zhǔn)確；
（5）因?yàn)榘琢自诿荛]容器內(nèi)燃燒產(chǎn)生熱量使氣體膨脹，可能會使橡膠塞彈出、試管爆裂、不使用彈簧夾可能會使注射器活塞彈出等，造成實(shí)驗(yàn)失敗．
故答案為：
（1）裝置的氣密性好；
（2）12mL；
（3）右；白磷燃燒放熱，壓強(qiáng)增大；8mL；
（4）實(shí)驗(yàn)在密閉體系中進(jìn)行，減少了空氣污染，讀數(shù)更準(zhǔn)確；
（5）橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．

點(diǎn)評 本題主要考查實(shí)驗(yàn)測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，解此類問題時(shí)關(guān)鍵是分析清楚實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)．