Question

5．测定空气中氧气的含量，可用如下方案：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，用橡皮擦塞紧试管，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如右图所示的实验装置．假设此实验能够正常进行，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，要先检查装置气密性，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，松开手后，注射器活塞前沿仍回到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，等到试管冷却后在松开弹簧夹，可观察到活塞前沿将在12mL刻度处；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．除观察到白磷燃烧，产生白烟外，还可以观察到注射器活塞先向右移动，后向左移动，最后活塞前沿将在8mL刻度处．
（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：试管口的橡胶塞被冲出或注射器活塞被冲出或试管爆裂．

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）将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL处，说明装置的气密性比较好；故填：松开手后，注射器活塞前沿仍回到20mL刻度处；
（2）①若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这只是消耗了40mL的试管中空气中的氧气，等到试管冷却后再松开弹簧夹，会发现注射器的活塞向左移动8mL，将观察到活塞前沿将在12mL处；②若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，白磷燃烧放出大量的热，使试管中的压强大于外界压强，活塞向右移动，反应消耗了氧气，冷却后活塞从右向左移动；从图中可以看出，白磷共消耗了60mL空气中的氧气，等到试管冷却后再松开弹簧夹，会发现注射器的活塞向左移动12mL，最后活塞将停在8mL处；
故填：12mL；注射器活塞先向右移动，后向左移动；8mL；
（3）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．
故填：试管口的橡胶塞被冲出或注射器活塞被冲出或试管爆裂．

点评 本考点是测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验中要注意以下几点：①装置的严密性②所用药品的量③生成物的状态④读数时要冷却到原温度等．