Question

5．某課題組設計了如下探究方案，請予以評價．
Ⅰ．【探究目的】測定空氣中氧氣的含量．
Ⅱ．【查閱資料】124g白磷燃燒放熱2378kJ；同溫同質量的空氣，壓強與體積的關系為V₁：V₂=P₁：P₂，同壓同質量的空氣，溫度與體積的關系為V₁：V₂=T₁：T₂．
Ⅲ．【提出問題】氧氣約占空氣體積的多少？
Ⅳ．【猜想假設】氧氣約占空氣體積的1/5．
Ⅴ．【實驗探究】課題組設計了如圖所示的裝置（略去固定裝置）：40mL的試管內盛裝有過量白磷，注射器容積為100mL且活塞潤滑性很好，組裝好儀器時，注射器活塞前沿恰好停留在20mL刻度線處．忽略白磷、膠塞所占體積，忽略導管內的氣體體積．
（1）實驗前，打開止水夾，將注射器活塞前沿從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，則說明裝置氣密性良好．
（2）方案一：先夾緊止水夾，向燒杯內加開水，至白磷燃燒結束，冷卻試管，松開止水夾，可觀察到的現象是白磷燃燒、產生白煙，冷卻試管，記錄活塞前沿所在刻度線．
（3）方案二：不使用止水夾，向燒杯內加開水，充分反應直至燃燒結束，試管冷卻，記錄活塞前沿所在刻度線．
Ⅵ．【反思交流】
（1）比較方案一、二，更為科學可行的方案是方案二（填“方案一”或“方案二”），不足方案的主要問題是關閉止水夾時，會造成橡膠塞彈出或試管爆裂等危險（答對一條即可）．
（2）如果組裝好儀器時，注射器活塞前沿恰好停留在4mL刻度線處，不能（填“能夠”或“不能”）達到實驗目的．
（3）要讓注射器活塞潤滑性很好的目的是活塞能夠自由移動，以保證體系內壓等于外界大氣壓．
（4）如果試管內溫度未冷卻即記錄活塞前沿所在刻度線，則測得的氧氣占空氣的體積分數應該＜（填“＞”或“＜”或“=”）$\frac{1}{5}$．

Answer 1

分析 Ⅴ．（1）根據裝置的氣密性分析；
Ⅵ．（1）根據裝置中壓強的變化分析；
（2）根據氧氣占空氣的體積分數的1/5分析；
（3）根據摩擦力等因素分析；
（4）根據探究空氣中氧氣的含量實驗的注意事項分析．

解答 解：Ⅴ．（1）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，則說明整個裝置都不漏氣；
Ⅵ．（1）方案一由于白磷燃燒會產生大量的熱，使裝置中的氣體膨脹，關閉止水夾時，會造成橡膠塞彈出或試管爆裂等危險．
（2）氧氣占空氣的體積分數的1/5，40mL的試管中氧氣如果完全耗盡，體積會減少40mL×$\frac{1}{5}$=8mL，如果組裝好儀器時，注射器活塞前沿要停留在大于8mL刻度線處，
（3）要讓注射器活塞潤滑性很好的目的是活塞能夠自由移動，以保證體系內壓等于外界大氣壓，結果更準確．
（4）如果試管內溫度未冷卻，裝置中的氣體仍在膨脹，減少的體積小于消耗氧氣的體積，則測得的氧氣占空氣的體積分數應該＜$\frac{1}{5}$．
故答案為：Ⅴ．（1）裝置氣密性良好．
Ⅵ．（1）方案二；關閉止水夾時，會造成橡膠塞彈出或試管爆裂等危險．
（2）不能．
（3）活塞能夠自由移動，以保證體系內壓等于外界大氣壓．
（4）＜．

點評 本題主要考查實驗測定空氣中氧氣含量的原理及可能造成實驗失敗的原因的分析，解此類問題時關鍵是分析清楚實驗原理，了解實驗過程中的注意事項．