Question

8．为测定空气中氧气的含量，小华和小强同学分别设计如下方案：
小华：采用图1装置进行实验．（燃烧匙中药品为红磷）

小强：（如图2）用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成如图的实验装置．
假设此实验能按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计．请回答下列问题：
（1）红磷在集气瓶中燃烧的文字表达式为磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷．
（2）待燃烧停止，白烟消失并冷却后，打开止水夹，观察到进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，你认为其原因可能是红磷的量不足、装置漏气．（写2点）
（3）如将燃烧匙中红磷换成硫粉，实验能否成功？为什么？不成功，因为硫粉燃烧虽消耗氧气，但生成气体，压强几乎不变．
（4）用小强设计完成实验时：实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置气密性良好．若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到的现象为活塞向左移动至12ml处停止；若不夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到的现象为活塞向左移动至8ml处停止．
（5）图2的设计操作与图1比较，其优点是测量更准确或防止造成空气污染．
（6）若按小强的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．例如红磷燃烧放热压强增大造成橡皮塞冲出．

Answer 1

分析 （1）点燃条件下，红磷能和空气中的氧气反应生成五氧化二磷；
（2）根据测定空气中氧气含量的原理，以及待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，水顺着导管流入集气瓶，且水的体积占集气瓶总容五分之一的现象判断并回答；
（3）根据可燃物燃烧后，集气瓶内的压强的变化情况来分析；
（4）根据实验前第一步操作都是检查装置的气密性进行分析；首先计算出被封闭空气的总体积，然后根据氧气约占空气总体积的五分之一，计算出被消耗氧气的体积，进而推测出注射器活塞向左移动的距离；
（5）比较图2的设计操作与图1的优点时，可以从是否环保和实验现象是否明显的角度去分析；
（6）按小强的设想进行实验时，要注意防止试管受热不均或气体体积受热膨胀过大，从而造成试管炸裂等危险．

解答 解：（1）红磷燃烧反应的文字表达式为：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷，故填：磷+氧气$\stackrel{点燃}{→}$五氧化二磷；
（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，你认为导致这一结果的原因可能是装置漏气或红磷的量不足或装置未完全冷却就打开止水夹；
故填：红磷的量不足；装置漏气．
（3）若将红磷换成硫粉，该实验不能获得成功，因为硫与氧气反应，消耗氧气，但同时又生成二氧化硫气体，瓶中的压强无明显变化；
故填：不成功，因为硫粉燃烧虽消耗氧气，但生成气体，压强几乎不变．
（4）打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明整个装置都不漏气；若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这只是消耗了40mL的试管中空气中的氧气，然后根据氧气约占空气总体积的五分之一，计算出被消耗氧气的体积为8mL，进而推测出注射器活塞向左移动8mL；
故填：装置气密性良好；活塞向左移动至12ml处停止；活塞向左移动至8ml处停止．
（5）图2的设计操作与图1比较，它可以防止磷燃烧产生的白烟散逸到空气中，再就是装置的刻度更清楚，读数更容易；
故填：测量更准确或防止造成空气污染．
（6）因为白磷燃烧放出大量的热，会使密闭体系内气体压强增大，所以该实验中可能出现的问题有：橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等．
故填：红磷燃烧放热压强增大造成橡皮塞冲出．

点评 本题主要考查实验测定空气中氧气含量的原理及可能造成实验失败的原因的分析，解此类问题时关键是分析清楚实验原理，了解实验过程中的注意事项．