Question

14．注射器是一種普通的醫(yī)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50mL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20mL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(fā)生現象為白煙白磷燃燒，產生大量白煙．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10 mL刻度處（取整數值）．說明空氣中氧氣的體積分數約為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．當緩緩向外拉動活塞時，如果裝置氣密性良好，則能觀察到D
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倒放在桌上；取用后應立即塞上瓶塞密封保存，這是因為氫氧化鈉易潮解、能吸收空氣中二氧化碳而變質．
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(tài)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(fā)生變化的化學方程式HCl+NaOH═NaCl+H₂O，2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl，
小張認為該方案不能準確測得Na₂CO₃的質量分數，這是因為產生的二氧化碳只有部分進入注射器中，還有部分在錐形瓶中，
且小李認為該方案中樣品的取用的量也需要一定的控制，這是因為注射器中能收集二氧化碳的量是有限度的．
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A 10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、水蒸氣進入F中．
（ii）若步驟⑤中注射器推拉速率過快，則測定的Na₂CO₃的質量分數會偏小（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．（寫出計算過程）

Answer 1

分析 （1）白磷和氧氣反應的實驗現象是：白磷燃燒，產生大量白煙，由于氧氣約占空氣體積的20%，所以燃燒后試管內氣體約減少20%，即10mL，所以注射器活塞應向左移動10mL；
（2）檢查裝置氣密性時，注射器活塞向外拉，錐形瓶內氣體壓強減小，外界大氣壓將空氣沿長頸漏斗壓入錐形瓶中，在長頸漏斗下端會看到有氣泡冒出；
（3）Ⅰ．取用藥品時，試劑瓶塞應倒放，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，所以需要密封干燥保存；
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）加熱白磷，觀察試管中所發(fā)生現象是：白磷燃燒，產生大量；氧氣占空氣的體積分數為20%，所以注射器活塞應向左移動到10mL處；
（2）注射器活塞向外拉，錐形瓶內氣體壓強減小，外界大氣壓將空氣沿長頸漏斗壓入錐形瓶中，在長頸漏斗下端會看到有氣泡冒出，故選D；
（3）Ⅰ．取用藥品時，試劑瓶塞應倒放，氫氧化鈉需要密封干燥保存，因為氫氧化鈉易潮解、且能吸收空氣中二氧化碳而變質；
Ⅱ．錐形瓶內所發(fā)生變化的化學方程式為：HCl+NaOH═NaCl+H₂O、2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl；小張認為該方案不能準確測得Na₂CO₃的質量分數，這是因為產生的二氧化碳只有部分進入注射器中，還有部分在錐形瓶中；因為注射器的容積很小，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，因為二氧化碳能溶于水，所以所收集二氧化碳質量偏小，可用碳酸氫鈉飽和溶液代替水收集二氧化碳．因為采用的是排水集氣法，所以廣口瓶中的空氣對實驗結果沒有影響．
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��；
（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
$\frac{106}{x}=\frac{44}{1.1g}$
  x=2.65g
該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數=$\frac{2.65g}{10g}$×100%=26.5%

故答案為：
（1）白煙白磷燃燒，產生大量白煙；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；
Ⅱ．HCl+NaOH═NaCl+H₂O、2HCl+Na₂CO₃═CO₂↑+2NaCl；產生的二氧化碳只有部分進入注射器中，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、水蒸氣進入F中；（ii）偏��；（iii）該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數為26.5%．

點評 本題是一個綜合性實驗題，難度較大．（1）小題描述燃燒現象時注意“煙”和“霧”的區(qū)別，磷燃燒產物是五氧化二磷固體，所以看到的現象是白煙；氧氣占空氣體積分數的20%，所以注射器應向左移動到10刻度處；（4）小題根據二氧化碳的量求算碳酸鈉的質量分數，關鍵是收集二氧化碳，若用注射器收集，錐形瓶中會滯留部分二氧化碳，收集的質量會偏小．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，因為碳酸鈉飽和溶液不能吸收二氧化碳，所以此法收集的氣體質量比較準確．