Question

3．為測定空氣中氧氣的含量，小杜和小毛同學(xué)分別設(shè)計(jì)如下方案：
小杜：采用圖1裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．請回答：
（1）紅磷在集氣瓶中燃燒的符號表達(dá)式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）待燃燒停止，白煙消失并冷卻后，打開止水夾，觀察到進(jìn)入集氣瓶中水的體積不到總?cè)莘e的$\frac{1}{5}$，你認(rèn)為其原因可能是紅磷的量不足、裝置漏氣（任寫2點(diǎn)）．

（3）小查同學(xué)查閱資料后發(fā)現(xiàn)：二氧化碳?xì)怏w能與澄清石灰水反應(yīng)，生產(chǎn)白色沉淀．于是他認(rèn)為將集氣瓶中的水換成適量的澄清石灰水，再將紅磷換成炭粉，該實(shí)驗(yàn)也能成功，你認(rèn)為小華同學(xué)的猜想是否正確？否（填“是”或“否”），理由是氫氧化鈣微溶于水，不能將生成的二氧化碳完全吸收．
小毛：采用圖2裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)．
方案：選用實(shí)際容積為40mL的試管作反應(yīng)容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管口，通過導(dǎo)管與潤滑性很好的針筒注射器組成如圖的實(shí)驗(yàn)裝置．假設(shè)此實(shí)驗(yàn)?zāi)馨凑招∶�的設(shè)想正常進(jìn)行，且白磷所占體積與導(dǎo)管內(nèi)的氣體體積忽略不計(jì)
（4）用小毛設(shè)計(jì)完成實(shí)驗(yàn)時(shí)：實(shí)驗(yàn)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，則說明裝置的氣密性好．若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察到的現(xiàn)象為活塞最終穩(wěn)定在約12mL的刻度線上；若不夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾．可觀察到的現(xiàn)象為活塞最終穩(wěn)定在約8mL的刻度線上．
（5）圖2的設(shè)計(jì)操作與圖1比較，其優(yōu)點(diǎn)是減少空氣污染，容易讀數(shù)．
（6）若按小毛的設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)際可能遇到諸多問題而發(fā)生危險(xiǎn)，造成實(shí)驗(yàn)失�。�例如橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出．

Answer 1

分析 （1）根據(jù)反應(yīng)的原理以及化學(xué)方程式的寫法來分析；
（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)當(dāng)注意的事項(xiàng)有：氣密性要良好、紅磷要足量、反應(yīng)要充分、等到冷卻至室溫時(shí)在打開止水夾；
（3）根據(jù)氫氧化鈣微溶于水來分析；
（4）根據(jù)實(shí)驗(yàn)前第一步操作都是檢查裝置的氣密性進(jìn)行分析；首先計(jì)算出被封閉空氣的總體積，然后根據(jù)氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計(jì)算出被消耗氧氣的體積，進(jìn)而推測出注射器活塞向左移動(dòng)的距離；
（5）比較圖2的設(shè)計(jì)操作與圖1的優(yōu)點(diǎn)時(shí)，可以從是否環(huán)保和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是否明顯的角度去分析；
（6）按小強(qiáng)的設(shè)想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，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(xiǎn)．

解答 解：（1）磷與氧氣在點(diǎn)燃的條件下反應(yīng)生成五氧化二磷；故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點(diǎn)燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）集氣瓶中的液面不能上升五分之一，可能的原因是氣密性不良好、紅磷不足量、反應(yīng)不充分、未等到冷卻至室溫就在打開止水夾．故填：紅磷的量不足；裝置漏氣等；
（3）木碳燃燒生成了二氧化碳，二氧化碳能與氫氧化鈣溶液反應(yīng)，但是由于氫氧化鈣微溶于水，不能將生成的二氧化碳完全吸收，所以小華同學(xué)的猜想不正確；故填：否；氫氧化鈣微溶于水，不能將生成的二氧化碳完全吸收；
（4）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個(gè)裝置都不漏氣；若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這只是消耗了40mL的試管中空氣中的氧氣，然后根據(jù)氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計(jì)算出被消耗氧氣的體積為8mL，進(jìn)而推測出注射器活塞向左移動(dòng)8mL，若不夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾，消耗的氧氣應(yīng)該是試管和注射器內(nèi)的氧氣之和，60mL的五分之一，可觀察到的現(xiàn)象為：活塞最終穩(wěn)定在約8mL的刻度線上；故填：裝置的氣密性好；活塞最終穩(wěn)定在約12mL的刻度線上；活塞最終穩(wěn)定在約8mL的刻度線上；
（5）圖2的設(shè)計(jì)操作與圖1比較，它可以防止磷燃燒產(chǎn)生的白煙散逸到空氣中，再就是裝置的刻度更清楚，讀數(shù)更容易；故填：減少空氣污染，容易讀數(shù)；
（6）因?yàn)榘琢兹紵�放出大量的熱，�?huì)使密閉體系內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，所以該實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題有：橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等；故填：橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出．

點(diǎn)評 本題主要考查實(shí)驗(yàn)測定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實(shí)驗(yàn)失敗的原因的分析，解此類問題時(shí)關(guān)鍵是分析清楚實(shí)驗(yàn)原理，了解實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)．