Question

5．為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如下圖的實驗裝置．假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，且白磷所占體積與導管內(nèi)的氣體體積忽略不計，請回答下列問題：
（1）試管內(nèi)發(fā)生反應的符號表達式4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）實驗前，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，則說明裝置氣密性好；
（3）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．可觀察到注射器活塞停留在針筒活塞向前移動到12刻度處．若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結(jié)束，試管冷卻．可觀察到的現(xiàn)象為針筒活塞向前移動到8刻度處．

Answer 1

分析 本題是測定氧氣在空氣中的體積分數(shù)的實驗探究，要把空氣中的氧氣消耗掉，在本實驗中用的是過量的白磷，燃燒后的生成物是固體，不需要占很大的空間．本實驗中用的是40mL的試管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器，并且活塞在20mL處，有助于反應結(jié)束后計算體積．要使本實驗成功，必須注意以下幾點：①裝置的氣密性好；②白磷足量；③必須冷卻到室溫再讀數(shù)．還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．

解答 解：（1）磷與氧氣反應生成五氧化二磷，該反應的化學方程式為：4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明整個裝置都不漏氣；
（3）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時白磷燃燒消耗掉的只是試管內(nèi)的氧氣為40mL×$\frac{1}{5}$=8mL，所以活塞應停在20mL-8mL=12mL的刻度處；
若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，白磷實際消耗掉的是試管40mL和注射器內(nèi)20mL的氧氣為（40mL+20mL）×$\frac{1}{5}$=12mL，所以活塞應停在20mL-12mL=8mL的刻度處；
故答案為：（1）4P+5O₂$\frac{\underline{\;點燃\;}}{\;}$2P₂O₅；（2）裝置氣密性好；（3）針筒活塞向前移動到12；針筒活塞向前移動到8．

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．