Question

注射器是一種普通的醫(yī)療器械，但它在化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置和習(xí)題中出現(xiàn)越來(lái)越多，它對(duì)某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察或?qū)嶒?yàn)過(guò)程的改進(jìn)起到了意想不到的效果．

（1）圖1用50mL試管作反應(yīng)容器，磷的燃燒均在密閉容器里進(jìn)行，可防止白煙污染空氣．
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模河?0mL注射器（活塞事先處在20mL刻度處）測(cè)量磷燃燒消耗氧氣的體積．
操作：①檢查裝置的氣密性．②裝藥品，連好儀器．③夾緊彈簧夾，加熱白磷，觀察試管中所發(fā)生現(xiàn)象為

 

．④燃燒結(jié)束，試管冷卻后打開(kāi)彈簧夾，可以看到活塞慢慢左移到約

 

mL刻度處（取整數(shù)值）．說(shuō)明空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為

 

．
（2）圖2用推拉注射器活塞的方法可以檢查裝置的氣密性．當(dāng)緩緩向外拉動(dòng)活塞時(shí)，如果裝置氣密性良好，則能觀察到（

 

）
A．注射器內(nèi)有液體；B．瓶中液面上升；C．長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)液面上升；D．長(zhǎng)頸漏斗下端管口產(chǎn)生氣泡．
（3）興趣小組走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室看到了一個(gè)不和諧的“音符”（如圖3）．
（ I）此情此景你首先想到是取用該藥品時(shí)試劑瓶瓶塞應(yīng)

 

放在桌上；取用后應(yīng)立即塞上瓶塞密封保存，這是因?yàn)?!--BA-->

 

，

 

．

（II）該興趣小組同學(xué)為了測(cè)定某變質(zhì)的燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，首先設(shè)計(jì)了圖4所示的裝置，通過(guò)反應(yīng)后右側(cè)注射器內(nèi)收集到氣體的量計(jì)算出Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（已知該狀態(tài)下CO₂的密度，所使用注射器最大量程為20mL）．寫(xiě)出錐形瓶?jī)?nèi)所發(fā)生變化的化學(xué)方程式：

 

；

 

．
小張認(rèn)為該方案不能準(zhǔn)確測(cè)得Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這是因?yàn)?!--BA-->

 

，且小李認(rèn)為該方案中樣品的取用的量也需要一定的控制，這是因?yàn)?!--BA-->

 

．
（III）該興趣小組同學(xué)在反思上面實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)了如圖5的裝置測(cè)定變質(zhì)的燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．反應(yīng)的開(kāi)始、結(jié)束都要用注射器反復(fù)的排送氣體．實(shí)驗(yàn)步驟為：
①檢查裝置的氣密性． ②稱(chēng)取10克干燥的燒堿樣品放入廣口瓶中，D處注射器內(nèi)加入適量的稀硫酸，準(zhǔn)確稱(chēng)量裝置F的質(zhì)量320克，連好裝置． ③打開(kāi)彈簧夾1，反復(fù)推拉注射器A 10次，準(zhǔn)確稱(chēng)量裝置F的質(zhì)量320.5克．④關(guān)閉彈簧夾1，然后推動(dòng)活塞，讓稀硫酸逐滴滴入樣品中，直到不再產(chǎn)生氣泡為止． ⑤打開(kāi)彈簧夾1，緩緩?fù)评�注射器A 10次． ⑥再準(zhǔn)確稱(chēng)裝置F質(zhì)量為321.6克．
問(wèn)題探究：
（i）E裝置的作用是

 

，G裝置的作用

 

．
（ii）若步驟⑤中注射器推拉速率過(guò)快，則測(cè)定的Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)

 

（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
（iii）試根據(jù)實(shí)驗(yàn)所記數(shù)據(jù)計(jì)算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)

 

（不要求些計(jì)算過(guò)程）．

Answer 1

分析：（1）利用白磷燃燒消耗空氣中的氧氣生成白色固體五氧化二磷，而使試管內(nèi)氣體體積減小，測(cè)出氣體減少的體積即為試管內(nèi)空氣中所含氧氣的體積；
（2）使用注射器改變瓶?jī)?nèi)氣體的多少而改變瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)；當(dāng)緩緩向外拉動(dòng)活塞時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體被抽出，壓強(qiáng)減小，外界氣體則會(huì)從長(zhǎng)頸漏斗進(jìn)入瓶?jī)?nèi)，可以說(shuō)明裝置氣密性良好；
（3）（I）打開(kāi)試劑瓶時(shí)，為防止瓶蓋沾染桌面雜物污當(dāng)瓶?jī)?nèi)藥品，瓶蓋應(yīng)倒放在桌面上；為防止氫氧化鈉吸收空氣中的水分及二氧化碳，存放時(shí)應(yīng)密封保存；
（II）氫氧化鈉、碳酸鈉都能與鹽酸反應(yīng)，向瓶?jī)?nèi)加入稀鹽酸時(shí)，稀鹽酸與瓶?jī)?nèi)氫氧化鈉和碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)；使用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，鹽酸有揮發(fā)性，會(huì)使產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w中混有HCl氣體，測(cè)得的氣體體積不準(zhǔn)確；如果藥品量過(guò)多，會(huì)出現(xiàn)因注射器過(guò)小而無(wú)法完成測(cè)定；如果藥品過(guò)少，也會(huì)因產(chǎn)生氣體較少而無(wú)法測(cè)量；
（III）（i）濃硫酸具有吸水性，可干燥混合氣體；堿石灰既可吸收水又可吸收二氧化碳，裝置G起到防止空氣中二氧化碳進(jìn)入E裝置而對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定產(chǎn)生影響；
（ii）推拉速度過(guò)快時(shí)，產(chǎn)生的二氧化碳快速通過(guò)裝置E，部分二氧化碳?xì)怏w未能被完全吸收，會(huì)使得測(cè)定量偏�。�
（iii）根據(jù)質(zhì)量守恒定律，由裝置E質(zhì)量變化即為生成的二氧化碳的質(zhì)量求得產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量，利用反應(yīng)的化學(xué)方程式，由產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量求出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量而計(jì)算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答：解：（1）加熱時(shí)溫度達(dá)到白磷的著火點(diǎn)，白磷燃燒，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的白煙；由于彈簧夾夾住了連接注射器和試管的導(dǎo)管，因此，白磷燃燒只能消耗試管內(nèi)空氣中的氧氣，所以消耗氧氣的體積為試管體積的五分之一即10mL；打開(kāi)彈簧夾時(shí)，注射器內(nèi)氣體進(jìn)行試管，活塞慢慢左移到10mL處；
故答案為：燃燒且有濃厚白煙；10；

1

5

；
（2）注射器慢慢向外拉時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣減少壓強(qiáng)減小，裝置氣密性良好時(shí)，外界空氣從長(zhǎng)頸漏斗進(jìn)入瓶中，長(zhǎng)頸漏斗下端管口處出現(xiàn)氣泡；
故答案為：D；
該裝置所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w未經(jīng)除雜和干燥處理，氣體中混有HCl氣體而使所測(cè)得的氣體不準(zhǔn)確；
故答案為：產(chǎn)生的二氧化碳中混雜水蒸氣和氯化氫氣體；
若藥品加入量過(guò)大時(shí)，產(chǎn)生氣體量超過(guò)注射器的容積，實(shí)驗(yàn)無(wú)法完成氣體的測(cè)量；若所取藥品量過(guò)少時(shí)，產(chǎn)生的氣體量少而不能使注射器活塞向外移動(dòng)，不能測(cè)出氣體的體積；
故答案為：若樣品取多了，產(chǎn)生氣體可能超過(guò)注射器量程，若樣品取少了，產(chǎn)生氣體太少，無(wú)法測(cè)量；
（3）（I）圖中試劑瓶瓶蓋沒(méi)有倒放在桌面上，且敞口放置時(shí)氫氧化鈉會(huì)吸收空氣中的水分和二氧化碳而使氫氧化鈉潮解、變質(zhì)；
故答案為：倒；氫氧化鈉易潮解；易吸收空氣中的二氧化碳；
（II）滴入的鹽酸與氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)生成氯化鈉和水，與碳酸鈉發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氯化鈉、水和氣體二氧化碳；
故答案為：2HCl+Na₂CO₃═2NaCl+H₂O+CO₂↑；NaOH+HCl═NaCl+H₂O；
（III）（i）裝置E中的濃硫酸可以把產(chǎn)生的混合氣體中的水分吸收，而防止水對(duì)裝置F質(zhì)量的影響；裝置G中的堿石灰防止空氣中的二氧化碳進(jìn)入F被吸收而影響到裝置F的質(zhì)量；
故答案為：除水蒸氣；防止空氣中的二氧化碳被氫氧化鈉吸收而干擾實(shí)驗(yàn)結(jié)果；
（ii）過(guò)快地推拉注射器時(shí)，氣體快速通過(guò)裝置E中的氫氧化鈉溶液，而造成少量二氧化碳未來(lái)得及反應(yīng)而排出，導(dǎo)致二氧化碳測(cè)量值偏小，所計(jì)算出的碳酸鈉的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)都偏��；
故答案為：偏�。�
（iii）產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量=321.6g-320.5g=1.1g
設(shè)碳酸鈉的質(zhì)量為x
Na₂CO₃～CO₂
106     44
x       1.1g

106

x

=

44

1.1g

  x=2.65g
燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=

2.65g

10g

×100%=26.5%
故答案為：26.5%．

點(diǎn)評(píng)：采取稀鹽酸與碳酸鈉反應(yīng)生成二氧化碳，通過(guò)測(cè)量產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算出樣品中碳酸鈉的質(zhì)量及質(zhì)量分?jǐn)?shù)；過(guò)程中二氧化碳?xì)怏w的測(cè)定對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果起決定作用，因此需要盡可能地準(zhǔn)確測(cè)定．