Question

14．注射器是一種普通的醫(yī)療器械，但它在化學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置和習(xí)題中出現(xiàn)越來(lái)越多，它對(duì)某些實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察或?qū)嶒?yàn)過(guò)程的改進(jìn)起到了意想不到的效果．

（1）圖1用50mL試管作反應(yīng)容器，磷的燃燒均在密閉容器里進(jìn)行，可防止白煙污染空氣．用50mL注射器（活塞事先處在20mL刻度處）測(cè)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(fā)生現(xiàn)象為白煙白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙．④燃燒結(jié)束，試管冷卻后打開彈簧夾，可以看到活塞慢慢左移到約10 mL刻度處（取整數(shù)值）．說(shuō)明空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為20%．
（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(dāng)緩緩向外拉動(dòng)活塞時(shí)，如果裝置氣密性良好，則能觀察到D
A．注射器內(nèi)有液體   B．瓶中液面上升   C．長(zhǎng)頸漏斗內(nèi)液面上升    D．長(zhǎng)頸漏斗下端管口產(chǎn)生氣泡
（3）興趣小組走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室看到了一個(gè)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(shí)試劑瓶瓶塞應(yīng)倒放在桌上；取用后應(yīng)立即塞上瓶塞密封保存，這是因?yàn)闅溲趸�鈉易潮解、能吸收空氣中二氧化碳而變質(zhì)．
Ⅱ、該興趣小組同學(xué)為了測(cè)定某變質(zhì)的燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，首先設(shè)計(jì)了圖4所示的裝置，通過(guò)反應(yīng)后右側(cè)注射器內(nèi)收集到氣體的量計(jì)算出Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（已知該狀態(tài)下CO₂的密度，所使用注射器最大量程為20mL）．寫出錐形瓶?jī)?nèi)所發(fā)生變化的化學(xué)方程式HCl+NaOH═NaCl+H₂O，2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl，
小張認(rèn)為該方案不能準(zhǔn)確測(cè)得Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的二氧化碳只有部分進(jìn)入注射器中，還有部分在錐形瓶中，
且小李認(rèn)為該方案中樣品的取用的量也需要一定的控制，這是因?yàn)樽⑸淦髦心苁占�二氧化碳的量是有限度的�?br />Ⅲ、該興趣小組同學(xué)在反思上面實(shí)驗(yàn)后設(shè)計(jì)了如圖5的裝置測(cè)定變質(zhì)的燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．反應(yīng)的開始、結(jié)束都要用注射器反復(fù)的排送氣體．實(shí)驗(yàn)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(nèi)加入適量的稀硫酸，準(zhǔn)確稱量裝置F的質(zhì)量320克，連好裝置． ③打開彈簧夾1，反復(fù)推拉注射器A 10次，準(zhǔn)確稱量裝置F的質(zhì)量320.5克．④關(guān)閉彈簧夾1，然后推動(dòng)活塞，讓稀硫酸逐滴滴入樣品中，直到不再產(chǎn)生氣泡為止． ⑤打開彈簧夾1，緩緩?fù)评�注射器A 10次． ⑥再準(zhǔn)確稱裝置F質(zhì)量為321.6克．
問(wèn)題探究：
（i）E裝置的作用是除去二氧化碳中的水蒸氣，G裝置的作用防止空氣中的二氧化碳、水蒸氣進(jìn)入F中．
（ii）若步驟⑤中注射器推拉速率過(guò)快，則測(cè)定的Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)會(huì)偏小（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
（iii）試根據(jù)實(shí)驗(yàn)所記數(shù)據(jù)計(jì)算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．（寫出計(jì)算過(guò)程）

Answer 1

分析 （1）白磷和氧氣反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，由于氧氣約占空氣體積的20%，所以燃燒后試管內(nèi)氣體約減少20%，即10mL，所以注射器活塞應(yīng)向左移動(dòng)10mL；
（2）檢查裝置氣密性時(shí)，注射器活塞向外拉，錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，外界大氣壓將空氣沿長(zhǎng)頸漏斗壓入錐形瓶中，在長(zhǎng)頸漏斗下端會(huì)看到有氣泡冒出；
（3）Ⅰ．取用藥品時(shí)，試劑瓶塞應(yīng)倒放，防止污染試劑；氫氧化鈉易潮解、且能吸收空氣中二氧化碳而變質(zhì)，所以需要密封干燥保存；
Ⅱ．根據(jù)氫氧化鈉與碳酸鈉能與鹽酸反應(yīng)的性質(zhì)，寫出兩個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式；結(jié)合所選用藥品及裝置，對(duì)操作中可能出現(xiàn)的結(jié)果進(jìn)行分析，做出判斷；
III．（i）根據(jù)對(duì)整個(gè)裝置及實(shí)驗(yàn)?zāi)康睦斫猓�結(jié)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(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)的作用，對(duì)不恰當(dāng)?shù)耐评�進(jìn)行分析，判斷該不當(dāng)操作對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響；
（iii）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：利用裝置F的質(zhì)量變化得出反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳的質(zhì)量，利用這一質(zhì)量，根據(jù)反應(yīng)的化學(xué)方程式計(jì)算樣品中碳酸鈉的質(zhì)量，從而計(jì)算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)．

解答 解：
（1）加熱白磷，觀察試管中所發(fā)生現(xiàn)象是：白磷燃燒，產(chǎn)生大量；氧氣占空氣的體積分?jǐn)?shù)為20%，所以注射器活塞應(yīng)向左移動(dòng)到10mL處；
（2）注射器活塞向外拉，錐形瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)減小，外界大氣壓將空氣沿長(zhǎng)頸漏斗壓入錐形瓶中，在長(zhǎng)頸漏斗下端會(huì)看到有氣泡冒出，故選D；
（3）Ⅰ．取用藥品時(shí)，試劑瓶塞應(yīng)倒放，氫氧化鈉需要密封干燥保存，因?yàn)闅溲趸�鈉易潮解、且能吸收空氣中二氧化碳而變質(zhì)；
Ⅱ．錐形瓶?jī)?nèi)所發(fā)生變化的化學(xué)方程式為：HCl+NaOH═NaCl+H₂O、2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl；小張認(rèn)為該方案不能準(zhǔn)確測(cè)得Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，這是因?yàn)楫a(chǎn)生的二氧化碳只有部分進(jìn)入注射器中，還有部分在錐形瓶中；因?yàn)樽⑸淦鞯娜莘e很小，所以樣品的取用量也需要一定的控制；圖B使用的是排水法收集二氧化碳，因?yàn)槎�氧化碳能溶于水，所以所收集二氧化碳質(zhì)量偏小，可用碳酸氫鈉飽和溶液代替水收集二氧化碳．因?yàn)椴捎玫氖桥潘�集氣法，所以廣口瓶中的空氣對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有影響．
Ⅲ．（i）利用裝置E中濃硫酸具有吸水性，該裝置在實(shí)驗(yàn)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(jìn)入F中；
（ii）推拉注射器可使裝置內(nèi)產(chǎn)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(guò)快，會(huì)造成二氧化碳?xì)怏w未被吸收而排出，使得測(cè)定的二氧化碳質(zhì)量偏小而導(dǎo)致整個(gè)測(cè)定結(jié)果偏�。�
（iii）根據(jù)裝置F的質(zhì)量變化，可知反應(yīng)生成二氧化碳的質(zhì)量=321.6g-320.5g=1.1g；設(shè)樣品中碳酸鈉的質(zhì)量為x
Na₂CO₃+2HCl=2NaCl+H₂O+CO₂↑
106                  44
x                    1.1g
$\frac{106}{x}=\frac{44}{1.1g}$
  x=2.65g
該燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=$\frac{2.65g}{10g}$×100%=26.5%

故答案為：
（1）白煙白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙；10；20%；
（2）D；
（3）Ⅰ．倒；氫氧化鈉易潮解、能吸收空氣中二氧化碳而變質(zhì)；
Ⅱ．HCl+NaOH═NaCl+H₂O、2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl；產(chǎn)生的二氧化碳只有部分進(jìn)入注射器中，還有部分在錐形瓶中；注射器中能收集二氧化碳的量是有限度的；
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(jìn)入F中；（ii）偏�。唬╥ii）該燒堿樣品中Na₂CO₃的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為26.5%．

點(diǎn)評(píng) 本題是一個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)題，難度較大．（1）小題描述燃燒現(xiàn)象時(shí)注意“煙”和“霧”的區(qū)別，磷燃燒產(chǎn)物是五氧化二磷固體，所以看到的現(xiàn)象是白煙；氧氣占空氣體積分?jǐn)?shù)的20%，所以注射器應(yīng)向左移動(dòng)到10刻度處；（4）小題根據(jù)二氧化碳的量求算碳酸鈉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，關(guān)鍵是收集二氧化碳，若用注射器收集，錐形瓶中會(huì)滯留部分二氧化碳，收集的質(zhì)量會(huì)偏�。�所以改用排水法收集較好，而二氧化碳能溶于水，因此考慮使用碳酸鈉飽和溶液代替水收集二氧化碳，因?yàn)樘妓徕c飽和溶液不能吸收二氧化碳，所以此法收集的氣體質(zhì)量比較準(zhǔn)確．