Question

18．為測定空氣中氧氣的含量，小華和小強同學分別設計如下方案：
小華：采用圖1裝置進行實驗．（燃燒匙中藥品為紅磷）
小強：（如圖2）選用實際容積為40mL的試管作反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管口，通過導管與潤滑性很好的針筒注射器組成如圖的實驗裝置．假設此實驗能按照小強的設想正常進行，且白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計

請回答下列問題：（1）紅磷在集氣瓶中燃燒的文字表達式為磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷．
（2）待燃燒停止，白煙消失并冷卻后，打開止水夾，觀察到進入集氣瓶中水的體積不到總容積的1/5，你認為其原因可能是紅磷的量不足、裝置漏氣．（寫2點）
（3）如將燃燒匙中紅磷換成炭粉，實驗能否成功？不成功，因為炭粉燃燒消耗氧氣，但生成氣體，壓強幾乎不變．
（4）用小強設計完成實驗時：實驗前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置氣密性良好．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．可觀察到的現象為活塞向左移動至12ml處停止；若不夾緊彈簧夾，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．可觀察到的現象為活塞向左移動至8ml處停止
（5）圖2的設計操作與圖1比較，其優(yōu)點是測量更準確或防止造成空氣污染
（6）若按小強的設想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發(fā)生危險，造成實驗失敗．例如紅磷燃燒放熱壓強增大造成橡皮塞沖出．

Answer 1

分析 （1）根據反應原理找出反應物、生成物、反應條件，根據文字表達式的書寫方法、步驟進行書寫即可；
（2）根據測定空氣中氧氣含量的原理，以及待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，水順著導管流入集氣瓶，且水的體積占集氣瓶總容$\frac{1}{5}$的現象判斷并回答；
（3）根據可燃物燃燒后，集氣瓶內的壓強的變化情況來分析；
（4）根據實驗前第一步操作都是檢查裝置的氣密性進行分析；首先計算出被封閉空氣的總體積，然后根據氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計算出被消耗氧氣的體積，進而推測出注射器活塞向左移動的距離；
（5）比較圖2的設計操作與圖1的優(yōu)點時，可以從是否環(huán)保和實驗現象是否明顯的角度去分析；
（6）按小強的設想進行實驗時，要注意防止試管受熱不均或氣體體積受熱膨脹過大，從而造成試管炸裂等危險．

解答 解：（1）紅磷與氧氣在點燃條件下反應生成五氧化二磷，反應的文字表達式為：磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷；
（2）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總容積的15，你認為導致這一結果的原因可能是裝置漏氣或紅磷的量不足或裝置未完全冷卻就打開止水夾；
（3）若將紅磷換成炭粉，該實驗不能獲得成功，因為碳與氧氣反應，消耗氧氣，但同時又生成二氧化碳氣體，瓶中的壓強無明顯變化；
（4）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；若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這只是消耗了40mL的試管中空氣中的氧氣，然后根據氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計算出被消耗氧氣的體積為8mL，進而推測出注射器活塞向左移動8mL；若不夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，消耗了40mL+20ml的空氣中的氧氣，然后根據氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計算出被消耗氧氣的體積為12mL，進而推測出注射器活塞向左移動12mL至8ml處停止；
（5）圖2的設計操作與圖1比較，它可以防止磷燃燒產生的白煙散逸到空氣中，再就是裝置的刻度更清楚，讀數更容易；
（6）因為白磷燃燒放出大量的熱，會使密閉體系內氣體壓強增大，所以該實驗中可能出現的問題有：橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．
答案：
（1）紅磷+氧氣$\stackrel{點燃}{→}$五氧化二磷
（2）紅磷的量不足；裝置漏氣．
（3）不成功，因為炭粉燃燒消耗氧氣，但生成氣體，壓強幾乎不變．
（4）裝置氣密性良好；活塞向左移動至12ml處停止；活塞向左移動至8ml處停止．
（5）測量更準確或防止造成空氣污染．
（6）紅磷燃燒放熱壓強增大造成橡皮塞沖出．

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．