Question

18．為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如下圖的實驗裝置．假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，保持空氣正常流動．請回答下列問題：
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置氣密性良好；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察到的現象為：白磷燃燒，產生白煙，活塞前沿約在12mL的刻度線上；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結束，試管冷卻．可觀察到的現象為：白磷燃燒，產生白煙，活塞先向右移動，最終穩定在約8mL的刻度線上；
（4）若按小華的設想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗．例如：橡膠塞彈出（或試管爆裂、注射器活塞彈出等合理均可）（答出一點即可）．

Answer 1

分析 根據紅磷測定空氣組成的實驗原理、操作步驟、實驗現象、實驗結論和注意事項分析，在（2）和（3）兩問中，要注意被消耗的氧氣是試管內的還是試管和注射器內的空氣體積的$\frac{1}{5}$．

解答 解：（1）實驗前打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個裝置都不漏氣；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時白磷燃燒消耗掉的只是試管內的氧氣為40mL×$\frac{1}{5}$，=8mL，所以活塞應停在20mL-8mL=12mL的刻度處；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷實際消耗掉的是試管40mL和注射器內20mL的氧氣為（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，所以活塞應停在20mL-12mL=8mL的刻度處；
（4）因為白磷在密閉容器內燃燒產生熱量使氣體膨脹，可能會使橡膠塞彈出、試管爆裂、不使用彈簧夾可能會使注射器活塞彈出等，造成實驗失敗；
故答案為：
（1）裝置的氣密性好
（2）白磷燃燒，產生白煙，活塞前沿約在12mL的刻度線上；
（3）白磷燃燒，產生白煙，活塞先向右移動，最終穩定在約8mL的刻度線上；
（4）橡膠塞彈出（或試管爆裂、注射器活塞彈出等合理均可）．

點評 本題主要考查實驗測定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實驗失敗的原因的分析，解此類問題時關鍵是分析清楚實驗原理，了解實驗過程中的注意事項．