Question

5．測定空氣中氧氣的含量，可用如下方案：選用實際容積為40mL的試管作反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮擦塞緊試管，通過導管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如右圖所示的實驗裝置．假設此實驗能夠正常進行，且白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，請回答下列問題：
（1）實驗前，要先檢查裝置氣密性，其方法是：打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，松開手后，注射器活塞前沿仍回到20mL刻度處，則說明裝置的氣密性好．
（2）實驗中，若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，等到試管冷卻后在松開彈簧夾，可觀察到活塞前沿將在12mL刻度處；若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結束，試管冷卻．除觀察到白磷燃燒，產生白煙外，還可以觀察到注射器活塞先向右移動，后向左移動，最后活塞前沿將在8mL刻度處．
（3）若按上述方案進行實驗，可能會遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗．例如：試管口的橡膠塞被沖出或注射器活塞被沖出或試管爆裂．

Answer 1

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

解答 解：（1）將注射器的活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，若活塞仍能返回至20mL處，說明裝置的氣密性比較好；故填：松開手后，注射器活塞前沿仍回到20mL刻度處；
（2）①若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這只是消耗了40mL的試管中空氣中的氧氣，等到試管冷卻后再松開彈簧夾，會發現注射器的活塞向左移動8mL，將觀察到活塞前沿將在12mL處；②若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷燃燒放出大量的熱，使試管中的壓強大于外界壓強，活塞向右移動，反應消耗了氧氣，冷卻后活塞從右向左移動；從圖中可以看出，白磷共消耗了60mL空氣中的氧氣，等到試管冷卻后再松開彈簧夾，會發現注射器的活塞向左移動12mL，最后活塞將停在8mL處；
故填：12mL；注射器活塞先向右移動，后向左移動；8mL；
（3）因為白磷燃燒放出大量的熱，會使密閉體系內氣體壓強增大，所以該實驗中可能出現的問題有：橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．
故填：試管口的橡膠塞被沖出或注射器活塞被沖出或試管爆裂．

點評 本考點是測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究．這類探究實驗中要注意以下幾點：①裝置的嚴密性②所用藥品的量③生成物的狀態④讀數時要冷卻到原溫度等．