Question

注射器是一种普通的医疗器械，但它在化学实验装置和习题中出现越来越多，它对某些实验现象的观察或实验过程的改进起到了意想不到的效果．

（1）图1用50mL试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可防止白烟污染空气．
实验目的：用50mL注射器（活塞事先处在20mL刻度处）测量磷燃烧消耗氧气的体积．
操作：①检查装置的气密性．②装药品，连好仪器．③夹紧弹簧夹，加热白磷，观察试管中所发生现象为______．④燃烧结束，试管冷却后打开弹簧夹，可以看到活塞慢慢左移到约______mL刻度处（取整数值）．说明空气中氧气的体积分数约为______．
（2）图2用推拉注射器活塞的方法可以检查装置的气密性．当缓缓向外拉动活塞时，如果装置气密性良好，则能观察到（______）
A．注射器内有液体；B．瓶中液面上升；C．长颈漏斗内液面上升；D．长颈漏斗下端管口产生气泡．
（3）兴趣小组走进实验室看到了一个不和谐的“音符”（如图3）．
（ I）此情此景你首先想到是取用该药品时试剂瓶瓶塞应______放在桌上；取用后应立即塞上瓶塞密封保存，这是因为______，______．

（II）该兴趣小组同学为了测定某变质的烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数，首先设计了图4所示的装置，通过反应后右侧注射器内收集到气体的量计算出Na₂CO₃的质量分数（已知该状态下CO₂的密度，所使用注射器最大量程为20mL）．写出锥形瓶内所发生变化的化学方程式：______；______．
小张认为该方案不能准确测得Na₂CO₃的质量分数，这是因为______，且小李认为该方案中样品的取用的量也需要一定的控制，这是因为______．
（III）该兴趣小组同学在反思上面实验后设计了如图5的装置测定变质的烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数．反应的开始、结束都要用注射器反复的排送气体．实验步骤为：
①检查装置的气密性． ②称取10克干燥的烧碱样品放入广口瓶中，D处注射器内加入适量的稀硫酸，准确称量装置F的质量320克，连好装置． ③打开弹簧夹1，反复推拉注射器A 10次，准确称量装置F的质量320.5克．④关闭弹簧夹1，然后推动活塞，让稀硫酸逐滴滴入样品中，直到不再产生气泡为止． ⑤打开弹簧夹1，缓缓推拉注射器A 10次． ⑥再准确称装置F质量为321.6克．
问题探究：
（i）E装置的作用是______，G装置的作用______．
（ii）若步骤⑤中注射器推拉速率过快，则测定的Na₂CO₃的质量分数会______（填“偏大”、“偏小”、“不变”）．
（iii）试根据实验所记数据计算出该烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数______（不要求些计算过程）．

Answer 1

【答案】分析：（1）利用白磷燃烧消耗空气中的氧气生成白色固体五氧化二磷，而使试管内气体体积减小，测出气体减少的体积即为试管内空气中所含氧气的体积；
（2）使用注射器改变瓶内气体的多少而改变瓶内压强；当缓缓向外拉动活塞时，瓶内气体被抽出，压强减小，外界气体则会从长颈漏斗进入瓶内，可以说明装置气密性良好；
（3）（I）打开试剂瓶时，为防止瓶盖沾染桌面杂物污当瓶内药品，瓶盖应倒放在桌面上；为防止氢氧化钠吸收空气中的水分及二氧化碳，存放时应密封保存；
（II）氢氧化钠、碳酸钠都能与盐酸反应，向瓶内加入稀盐酸时，稀盐酸与瓶内氢氧化钠和碳酸钠发生反应；使用该装置进行实验时，盐酸有挥发性，会使产生的二氧化碳气体中混有HCl气体，测得的气体体积不准确；如果药品量过多，会出现因注射器过小而无法完成测定；如果药品过少，也会因产生气体较少而无法测量；
（III）（i）浓硫酸具有吸水性，可干燥混合气体；碱石灰既可吸收水又可吸收二氧化碳，装置G起到防止空气中二氧化碳进入E装置而对实验测定产生影响；
（ii）推拉速度过快时，产生的二氧化碳快速通过装置E，部分二氧化碳气体未能被完全吸收，会使得测定量偏小；
（iii）根据质量守恒定律，由装置E质量变化即为生成的二氧化碳的质量求得产生二氧化碳的质量，利用反应的化学方程式，由产生二氧化碳的质量求出样品中碳酸钠的质量而计算碳酸钠的质量分数．
解答：解：（1）加热时温度达到白磷的着火点，白磷燃烧，燃烧时产生大量的白烟；由于弹簧夹夹住了连接注射器和试管的导管，因此，白磷燃烧只能消耗试管内空气中的氧气，所以消耗氧气的体积为试管体积的五分之一即10mL；打开弹簧夹时，注射器内气体进行试管，活塞慢慢左移到10mL处；
故答案为：燃烧且有浓厚白烟；10；；
（2）注射器慢慢向外拉时，瓶内空气减少压强减小，装置气密性良好时，外界空气从长颈漏斗进入瓶中，长颈漏斗下端管口处出现气泡；
故答案为：D；
该装置所产生的二氧化碳气体未经除杂和干燥处理，气体中混有HCl气体而使所测得的气体不准确；
故答案为：产生的二氧化碳中混杂水蒸气和氯化氢气体；
若药品加入量过大时，产生气体量超过注射器的容积，实验无法完成气体的测量；若所取药品量过少时，产生的气体量少而不能使注射器活塞向外移动，不能测出气体的体积；
故答案为：若样品取多了，产生气体可能超过注射器量程，若样品取少了，产生气体太少，无法测量；
（3）（I）图中试剂瓶瓶盖没有倒放在桌面上，且敞口放置时氢氧化钠会吸收空气中的水分和二氧化碳而使氢氧化钠潮解、变质；
故答案为：倒；氢氧化钠易潮解；易吸收空气中的二氧化碳；
（II）滴入的盐酸与氢氧化钠发生中和反应生成氯化钠和水，与碳酸钠发生复分解反应生成氯化钠、水和气体二氧化碳；
故答案为：2HCl+Na₂CO₃═2NaCl+H₂O+CO₂↑；NaOH+HCl═NaCl+H₂O；
（III）（i）装置E中的浓硫酸可以把产生的混合气体中的水分吸收，而防止水对装置F质量的影响；装置G中的碱石灰防止空气中的二氧化碳进入F被吸收而影响到装置F的质量；
故答案为：除水蒸气；防止空气中的二氧化碳被氢氧化钠吸收而干扰实验结果；
（ii）过快地推拉注射器时，气体快速通过装置E中的氢氧化钠溶液，而造成少量二氧化碳未来得及反应而排出，导致二氧化碳测量值偏小，所计算出的碳酸钠的质量及质量分数都偏小；
故答案为：偏小；
（iii）产生二氧化碳气体的质量=321.6g-320.5g=1.1g
设碳酸钠的质量为x
Na₂CO₃～CO₂
106     44
x       1.1g
  x=2.65g
烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数=×100%=26.5%
故答案为：26.5%．
点评：采取稀盐酸与碳酸钠反应生成二氧化碳，通过测量产生二氧化碳的质量，根据反应的化学方程式计算出样品中碳酸钠的质量及质量分数；过程中二氧化碳气体的测定对实验结果起决定作用，因此需要尽可能地准确测定．