Question

5．为了测定空气中氧气的含量，小华设计了如下方案：选用实际溶剂为40ml的直玻璃管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞紧直玻璃管，通过导管与实际容积为60mL的且润滑性很好的针筒注射器组成如图所示的实验装置．假设此装置能按照小华的设想正常进行，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，打开弹簧夹，将活塞前沿注射器的从20mL至15mL刻度处，然后松开手，若活塞依旧能回到20mL刻度处，则说明装置气密性好；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到冷却到室温后打开弹簧夹．可观察到的现象是注射器的活塞停在12mL；
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯直接给直玻璃管加热充分燃烧至结束、试管直玻璃管．可观察到的现象是注射器的活塞先向右移动，然后停在8mL处；
（4）若按照小华的设想进行实验，实验可能遇到诸多问题，发生危险，造成实验失败．例如试管发生炸裂．

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）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；
（3）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；
（4）因为白磷燃烧放出大量的热，会使密闭体系内气体压强增大，所以该实验中可能出现的问题有：橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等．
故答案为：试管发生炸裂（答案合理即可）．
故答案为：
（1）装置气密性好；
（2）注射器的活塞停在12mL；
（3）注射器的活塞先向右移动，然后停在8mL处；
（4）试管发生炸裂

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．