Question

10．为测定空气中氧气的含量，某同学设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成实验装置，活塞前沿稳定在20mL刻度处（如图所示）．假设此实验能够按照该同学的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：
（1）实验前，要先检查气密性，其方法是：打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处则说明装置的气密性好．
（2）实验中，若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到注射器活塞移动情况及最后定位情况应该是白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿约在12mL的刻度线上；若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却．可观察到注射器活塞移动情况及最后定位情况应该是白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8mL的刻度线上．
（3）若按上述方案进行实验，可能会遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．例如：橡胶塞弹出．

Answer 1

分析 本题是测定氧气在空气中的体积分数的实验探究，要把空气中的氧气消耗掉，在本实验中用的是过量的白磷，燃烧后的生成物是固体，不需要占很大的空间．本实验中用的是40mL的试管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器，并且活塞在20mL处，有助于反应结束后计算体积．要使本实验成功，必须注意以下几点：①装置的气密性好；②白磷足量；③必须冷却到室温再读数．还要注意防止试管受热不均或气体体积受热膨胀过大，从而造成试管炸裂．

解答 解：（1）实验前打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明整个装置都不漏气；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这时白磷燃烧消耗掉的只是试管内的氧气为40mL×$\frac{1}{5}$，=8mL，所以活塞应停在20mL-8mL=12mL的刻度处；
若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，白磷实际消耗掉的是试管40mL和注射器内20mL的氧气为（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，所以活塞应停在20mL-12mL=8mL的刻度处；
（3）因为白磷在密闭容器内燃烧产生热量使气体膨胀，可能会使橡胶塞弹出、试管爆裂、不使用弹簧夹可能会使注射器活塞弹出等，造成实验失败；
故答案为：
（1）打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处；
（2）白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿约在12mL的刻度线上；
（3）白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8mL的刻度线上；
（4）橡胶塞弹出（或试管爆裂、注射器活塞弹出等合理均可）．

点评 本题主要考查实验测定空气中氧气含量的原理及可能造成实验失败的原因的分析，解此类问题时关键是分析清楚实验原理，了解实验过程中的注意事项．