Question

注射器是一種普通的醫療器械，但它在化學實驗裝置和習題中出現越來越多，它對某些實驗現象的觀察或實驗過程的改進起到了意想不到的效果．

（1）圖1用50 mL試管作反應容器，磷的燃燒均在密閉容器里進行，可防止白煙污染空氣．用50mL注射器（活塞事先處在20 mL刻度處）測量磷燃燒消耗的氧氣體積．
操作：①檢查裝置的氣密性．②裝藥品，連好儀器．③夾緊彈簧夾，加熱白磷，觀察試管中所發生現象為

 

．④燃燒結束，試管冷卻后打開彈簧夾，可以看到活塞慢慢左移到約

 

mL刻度處（取整數值）．說明空氣中氧氣的體積分數約為

 

．
（2）圖2用推拉注射器活塞的方法可以檢查裝置的氣密性．當緩緩向外拉動活塞時，如果裝置氣密性良好，則能觀察到

 

A．注射器內有液體B．瓶中液面上升C．長頸漏斗內液面上升D．長頸漏斗下端管口產生氣泡
（3）興趣小組走進實驗室看到了一個不和諧的“音符”（如圖3）．
（I）此情此景你首先想到是取用該藥品時試劑瓶瓶塞應

 

放在桌上；取用后應立即塞上瓶塞密封保存，這是因為

 

 

，

（II）該興趣小組同學為了測定某變質的燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數，首先設計了圖4所示的裝置，通過反應后右側注射器內收集到氣體的量計算出Na₂CO₃的質量分數（已知該狀態下CO₂的密度，所使用注射器最大量程為20mL）．寫出錐形瓶內所發生變化的化學方程式

 

，

 

，
小張認為該方案不能準確測得Na₂CO₃的質量分數，這是因為

 

，且小李認為該方案中樣品的取用的量也需要一定的控制，這是因為

 

．
（III）該興趣小組同學在反思上面實驗后設計了如圖5的裝置測定變質的燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數．反應的開始、結束都要用注射器反復的排送氣體．實驗步驟為：
①檢查裝置的氣密性． ②稱取10克干燥的燒堿樣品放入廣口瓶中，D處注射器內加入適量的稀硫酸，準確稱量裝置F的質量320克，連好裝置． ③打開彈簧夾1，反復推拉注射器A 10次，準確稱量裝置F的質量320.5克．④關閉彈簧夾1，然后推動活塞，讓稀硫酸逐滴滴入樣品中，直到不再產生氣泡為止． ⑤打開彈簧夾1，緩緩推拉注射器A10次． ⑥再準確稱裝置F質量為321.6克．
問題探究：
（i）E裝置的作用是

 

，G裝置作用

 

．
（ii）若步驟⑤中注射器推拉速率過快，則測定的Na₂CO₃的質量分數會

 

（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
（iii）試根據實驗所記數據計算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數

 

．

Answer 1

分析：（1）根據磷在空氣中燃燒消耗盡氧氣可測定氧氣占空氣體積

1

5

的實驗結果，解答本問題；
（2）根據實驗室檢查裝置氣密性的原理，分析該裝置在進行氣密性檢驗時可能出現的現象；
（3）（I）根據實驗室對藥品取用時的要求及氫氧化鈉的性質，分析圖示操作中存在的不符合操作要求的問題；
（II）根據氫氧化鈉與碳酸鈉能與鹽酸反應的性質，寫出兩個反應的化學方程式；結合所選用藥品及裝置，對操作中可能出現的結果進行分析，做出判斷；
（III）（i）根據對整個裝置及實驗目的理解，結合裝置中所加藥品的特性，判斷盛放濃硫酸的裝置E及盛放堿石灰的裝置G的作用；
（ii）分析推拉注射器對整個實驗的作用，對不恰當的推拉進行分析，判斷該不當操作對測定結果的影響；
（iii）實驗數據的處理：利用裝置F的質量變化得出反應產生二氧化碳的質量，利用這一質量，根據反應的化學方程式計算樣品中碳酸鈉的質量，從而計算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數．

解答：解：（1）白磷燃燒會成白色固體五氧化二磷，故可觀察到產生大量白煙；由于白磷燃燒消耗盡點空氣體積

1

5

的氧氣，因此裝置內氣體體積減少50mL×

1

5

=10mL，所以注射器內10mL氣體進入補充，注射器內剩余氣體體積20mL-10mL=10mL，因此，可以看到活塞慢慢左移到約10mL處；此實驗再次驗證了空氣中約含

1

5

或21%的氧氣；
（2）當緩緩向外拉動注射器的活塞時，錐形瓶內氣體被抽入注射器，如果裝置氣密性良好，外界的空氣就會從長頸漏斗進入補充，因此，可觀察到長頸漏斗下端管口產生氣泡；故選D；
（3）（I）取用藥品時，試劑瓶的瓶蓋應倒放在桌面上；在保存氫氧化鈉時，由于氫氧化鈉既能吸收空氣中的水而潮解，又能吸收空氣中的二氧化碳而變質，因此必須密封保存；
（II）氫氧化鈉與鹽酸發生中和反應生成氯化鈉和水，化學方程式為NaOH+HCl=NaCl+H₂O；碳酸鈉與鹽酸發生復分解反應，生成氯化鈉、水和二氧化碳氣體，化學方程式為Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑；因為所選用的鹽酸具有揮發性，而得產生的二氧化碳氣體的體積測定不準確，因而造成對碳酸鈉質量分數測定不準確；所選擇的儀器容積所限，若產生較多氣體時，氣體體積超出所選注射器量程時，因無法測量體積而實驗失敗，所以，加入藥品時要適當進行控制；
（III）（i）利用裝置E中濃硫酸具有吸水性，該裝置在實驗中主要為除去二氧化碳中的水蒸氣；裝置G中的堿石灰既能吸收空氣中的水，又能吸收空氣中的二氧化碳，連接在裝置F與大氣之間，作用在于防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入F中；
（ii）推拉注射器可使裝置內產生的二氧化碳完全被裝置F中氫氧化鈉溶液吸收，若推拉速度過快，會造成二氧化碳氣體未被吸收而排出，使得測定的二氧化碳質量偏小而導致整個測定結果偏小；
（iii）根據裝置F的質量變化，可知反應生成二氧化碳的質量=321.6g-320.5g=1.1g；設樣品中碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                  44
x                    1.1g

106

x

=

44

1.1g

  x=2.65g
該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數=

2.65g

10g

×100%=26.5%

故答案為：（1）產生大量白煙；10；

1

5

或21%；
（2）D；
（3）（I）倒；氫氧化鈉固體吸水潮解；氫氧化鈉與二氧化碳反應變質；
（II）NaOH+HCl=NaCl+H₂O；Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑；產生的二氧化碳中混雜水蒸氣和氯化氫氣體；若樣品取多了，產生氣體可能超過注射器量程，若樣品取少了，產生氣體太少，無法測量；
（III）（i）除去二氧化碳中的水蒸氣；防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進入F中；（ii）偏小；（iii）26.5%．

點評：在最后進行生成二氧化碳質量計算時，不能使用完全反應后的質量321.6g與開始加入藥品的質量320g的質量差求得，因為，在實驗過程中該裝置還吸收了裝置空氣中的二氧化碳，吸收后質量變為320.5g．