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)計如下方案：
小杜：采用圖1裝置進行實驗．請回答：
（1）紅磷在集氣瓶中燃燒的符號表達式為4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）待燃燒停止，白煙消失并冷卻后，打開止水夾，觀察到進入集氣瓶中水的體積不到總?cè)莘e的$\frac{1}{5}$，你認為其原因可能是紅磷的量不足、裝置漏氣（任寫2點）．

（3）小查同學(xué)查閱資料后發(fā)現(xiàn)：二氧化碳氣體能與澄清石灰水反應(yīng)，生產(chǎn)白色沉淀．于是他認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，該實驗也能成功，你認為小華同學(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裝置進行實驗．
方案：選用實際容積為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驗裝置．假設(shè)此實驗?zāi)馨凑招∶�的設(shè)想正常進行，且白磷所占體積與導(dǎo)管內(nèi)的氣體體積忽略不計
（4）用小毛設(shè)計完成實驗時：實驗前，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)計操作與圖1比較，其優(yōu)點是減少空氣污染，容易讀數(shù)．
（6）若按小毛的設(shè)想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發(fā)生危險，造成實驗失�。�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）實驗中應(yīng)當(dāng)注意的事項有：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)實驗前第一步操作都是檢查裝置的氣密性進行分析；首先計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$\frac{1}{5}$，計算出被消耗氧氣的體積，進而推測出注射器活塞向左移動的距離；
（5）比較圖2的設(shè)計操作與圖1的優(yōu)點時，可以從是否環(huán)保和實驗現(xiàn)象是否明顯的角度去分析；
（6）按小強的設(shè)想進行實驗時，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．

解答 解：（1）磷與氧氣在點燃的條件下反應(yīng)生成五氧化二磷；故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）集氣瓶中的液面不能上升五分之一，可能的原因是氣密性不良好、紅磷不足量、反應(yīng)不充分、未等到冷卻至室溫就在打開止水夾．故填：紅磷的量不足；裝置漏氣等；
（3）木碳燃燒生成了二氧化碳，二氧化碳能與氫氧化鈣溶液反應(yīng)，但是由于氫氧化鈣微溶于水，不能將生成的二氧化碳完全吸收，所以小華同學(xué)的猜想不正確；故填：否；氫氧化鈣微溶于水，不能將生成的二氧化碳完全吸收；
（4）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個裝置都不漏氣；若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這只是消耗了40mL的試管中空氣中的氧氣，然后根據(jù)氧氣約占空氣總體積的$\frac{1}{5}$，計算出被消耗氧氣的體積為8mL，進而推測出注射器活塞向左移動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）因為白磷燃燒放出大量的熱，會使密閉體系內(nèi)氣體壓強增大，所以該實驗中可能出現(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(guān)鍵是分析清楚實驗原理，了解實驗過程中的注意事項．