Question

為測定空氣中氧氣的含量，小華同學(xué)打算設(shè)計(jì)如下方案：選用實(shí)際容積為40 mL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)管與實(shí)際容積為60 mL且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∪A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)，請回答

下列問題：

（1）實(shí)驗(yàn)前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20 mL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____________________。

（2）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_______________________________________________。

（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應(yīng)直至燃燒結(jié)束，試管冷卻�？捎^察到的現(xiàn)象為______________________________________________________________。

（4）若按小華的設(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)失敗。例如______________________________________________________________________。

Answer 1

解析：本題的創(chuàng)新性在于實(shí)驗(yàn)裝置始終密閉，不會(huì)造成空氣污染，通過活塞的移動(dòng)來測定空氣中氧氣的含量，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度。（1）實(shí)驗(yàn)操作前后裝置內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，證明該裝置的氣密性好。（2）白磷在空氣燃燒時(shí)消耗氧氣，產(chǎn)生白煙（生成五氧化二磷），導(dǎo)致密閉體系內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，由于氧氣約占空氣體積的1/5，而試管內(nèi)空氣中氧氣的體積約為：40 mL×1/5=8 mL，且過量的白磷燃燒能將試管內(nèi)空氣中的氧氣耗盡，因此最終活塞的前沿在約12 mL（20 mL－8 mL=12 mL）的刻度線上。（3）白磷在空氣中燃燒時(shí)放出大量的熱，會(huì)使密閉體系內(nèi)的空氣受熱膨脹，氣體壓強(qiáng)增大，活塞就會(huì)向右移動(dòng)，當(dāng)過量的白磷燃燒耗盡密閉體系內(nèi)的氧氣，試管冷卻后，密閉體系內(nèi)氣體的壓強(qiáng)減小，外界大氣壓就會(huì)推動(dòng)活塞向左移動(dòng)，而密閉體系內(nèi)空氣中氧氣的體積約為：（40 mL+20 mL）×1/5=12 mL，因此最終活塞的前沿在約8mL（20mL－12mL=8mL）的刻度線上。（4）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：橡皮塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等。

答案：（1）裝置的氣密性好（2）白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞前沿在約12 mL的刻度線上

（3）白磷燃燒，產(chǎn)生白煙，活塞先向右移動(dòng)，最終穩(wěn)定在約8 mL的刻度線上

（4）橡皮塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等