Question

17．為測定空氣中氧氣的含量，小華同學設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應容器，將過量的紅磷放入試管，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圖1的實驗裝置．假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，紅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，則說明裝置的氣密性好；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，燃燒結束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察活塞最終停在12刻度處；
（3）若先打開彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，充分反應直至燃燒結束，可觀察到活塞先向右運動，產生這一現象的原因白磷燃燒放熱，壓強增大；試管冷卻到室溫后發現活塞停在8刻度處．
（4）小華設計實驗和圖2實驗比較，優點有實驗在密閉體系中進行，減少了空氣污染，讀數更準確．
（5）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．如橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．

Answer 1

分析 只有熟悉用紅磷測定空氣組成的實驗原理、操作、現象、結論和注意事項，才能正確解答本題．

解答 解：（1）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）若先打開彈簧夾，用酒精燈加熱紅磷，充分反應直至燃燒結束，可觀察到活塞先向右運動，產生這一現象的原因白磷燃燒放熱，壓強增大；
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）圖1的設計操作與圖2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，讀數更準確；
（5）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）12mL；
（3）右；白磷燃燒放熱，壓強增大；8mL；
（4）實驗在密閉體系中進行，減少了空氣污染，讀數更準確；
（5）橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等．

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．