Question

10．某化學興趣小組的同學對教材中“測定空氣里氧氣含量”的實驗進行了大膽改進，設計了如圖所示的實驗裝置．請你積極參與，并回答相關的問題．
（1）上述實驗的主要操作步驟如下：
①將試管放入盛熱水的燒杯中，反復推拉注射器；
②檢查裝置氣密性；
③待試管冷卻后觀察注射器讀數；
④將少量白磷裝入試管，注射器活塞置于20mL刻度處，按圖示的方式連接好．正確的實驗操作順序是②④①③（填序號）．
（2）試管中的白磷發生燃燒反應的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（3）反復推拉注射器的目的是使白磷和氧氣充分接觸，將裝置中空氣中的氧氣全部消耗．
（4）若測得試管的容積為40mL，實驗完成后，理論上，注射器活塞將從20mL刻度處最終前移到約為8mL刻度處才停．若停的刻度有誤差，則造成這種現象的可能原因是沒有冷卻就讀數，紅磷的量不足等（注：不考慮裝置氣密性）．
（5）該實驗裝置相對于教材中的裝置有哪些優點？誤差少或無污染（答一條）．
（6）該實驗可能會存在危險隱患，請你幫他指出來：白磷燃燒時放出大量的熱，導致試管中的氣體急劇膨脹，可能導致橡皮塞飛出．

Answer 1

分析 （1）根據實驗操作步驟：①裝置氣密性好；②裝藥品連接好儀器裝置；③使白磷燃燒消耗裝置中的氧氣；④要冷卻至室溫再讀數解答；
（2）根據白磷燃燒是白磷和氧氣在點燃的條件先反應生成五氧化二磷書寫；
（3）根據使白磷和氧氣充分反應，將裝置中空氣中的氧氣全部消耗解答．
（4）根據氧氣約占空氣體積的五分之一分析；根據對實驗結果造成影響的因素：裝置是否漏氣、藥品量足否、是否等到裝置冷卻到室溫，就打開彈簧夾；進行分析解答；
（5）根據該實驗裝置能夠減小伸入紅磷造成的空氣外逸等誤差進行分析．
（6）根據燃燒放熱分析．

解答 解：（1）實驗操作步驟：①裝置氣密性好；②裝藥品連接好儀器裝置；③使白磷燃燒消耗裝置中的氧氣；④要冷卻至室溫再讀數，故答案：②④①③；
（2）白磷燃燒是白磷和氧氣在點燃的條件先反應生成五氧化二磷；故答案：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（3）反復推拉注射器的目的：使白磷和氧氣充分反應，將裝置中空氣中的氧氣全部消耗；故答案：使白磷和氧氣充分接觸，將裝置中空氣中的氧氣全部消耗．（4）反應消耗掉的是試管內的氧氣，包含注射器內的部分，所以消耗氧氣是40mL+20mL的1/5，即12mL，所以注射器活塞應該向左滑動到“8”；沒有冷卻就讀數，氣體體積膨脹，測得的氧氣的體積分數偏小；紅磷的量不足，氧氣有剩余，測得的氧氣的體積分數偏小．故答案為：8；沒有冷卻就讀數，紅磷的量不足等，
（5）用電熱棒引燃紅磷，不需要打開瓶塞，空氣出不來也進不去，測量比較準確．用酒精燈引燃紅磷，紅磷燃燒生成了五氧化二磷進入空氣會污染空氣，由于磷燃燒放出大量的熱，打開瓶塞時容易使空氣受熱而逸出．所以實驗的優點是：誤差少或無污染．故答案為：誤差少或無污染．
（6）若圖進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗．例如白磷燃燒時放出大量的熱，導致試管中的氣體急劇膨脹，可能導致橡皮塞飛出，發生安全事故．故答案為：白磷燃燒時放出大量的熱，導致試管中的氣體急劇膨脹，可能導致橡皮塞飛出．

點評 本題是測定空氣中氧氣的含量，我們常用燃燒紅磷或白磷的方法，因為磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，幾乎不占空間，使得內外產生氣壓差，從而得到正確的結論．因此在選擇可燃物時，必須考慮到：燃燒的條件；生成物的狀態；不與空氣中其他物質發生反應．保證本實驗成功的關鍵是：①裝置氣密性好；②紅磷要足量；③要冷卻至室溫再讀數．