Question

17．为测定空气中氧气的含量，小华同学设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作为反应容器，将过量的红磷放入试管，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如图1的实验装置．假设此实验能够按照小华的设想正常进行，红磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，且两个容器间的导管足够粗，保持空气正常流动．请回答下列问题：
（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，则说明装置的气密性好；
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热红磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察活塞最终停在12刻度处；
（3）若先打开弹簧夹，用酒精灯加热红磷，充分反应直至燃烧结束，可观察到活塞先向右运动，产生这一现象的原因白磷燃烧放热，压强增大；试管冷却到室温后发现活塞停在8刻度处．
（4）小华设计实验和图2实验比较，优点有实验在密闭体系中进行，减少了空气污染，读数更准确．
（5）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．如橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等．

Answer 1

分析 只有熟悉用红磷测定空气组成的实验原理、操作、现象、结论和注意事项，才能正确解答本题．

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）若先打开弹簧夹，用酒精灯加热红磷，充分反应直至燃烧结束，可观察到活塞先向右运动，产生这一现象的原因白磷燃烧放热，压强增大；
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）图1的设计操作与图2比较，它可以防止磷燃烧产生的白烟散逸到空气中，再就是装置的刻度更清楚，读数更准确；
（5）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）装置的气密性好；
（2）12mL；
（3）右；白磷燃烧放热，压强增大；8mL；
（4）实验在密闭体系中进行，减少了空气污染，读数更准确；
（5）橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等．

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．