Question

3．为测定空气中氧气的含量，小杜和小毛同学分别设计如下方案：
小杜：采用图1装置进行实验．请回答：
（1）红磷在集气瓶中燃烧的符号表达式为4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅．
（2）待燃烧停止，白烟消失并冷却后，打开止水夹，观察到进入集气瓶中水的体积不到总容积的$\frac{1}{5}$，你认为其原因可能是红磷的量不足、装置漏气（任写2点）．

（3）小查同学查阅资料后发现：二氧化碳气体能与澄清石灰水反应，生产白色沉淀．于是他认为将集气瓶中的水换成适量的澄清石灰水，再将红磷换成炭粉，该实验也能成功，你认为小华同学的猜想是否正确？否（填“是”或“否”），理由是氢氧化钙微溶于水，不能将生成的二氧化碳完全吸收．
小毛：采用图2装置进行实验．
方案：选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与润滑性很好的针筒注射器组成如图的实验装置．假设此实验能按照小毛的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计
（4）用小毛设计完成实验时：实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置的气密性好．若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到的现象为活塞最终稳定在约12mL的刻度线上；若不夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹．可观察到的现象为活塞最终稳定在约8mL的刻度线上．
（5）图2的设计操作与图1比较，其优点是减少空气污染，容易读数．
（6）若按小毛的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败．例如橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出．

Answer 1

分析 （1）根据反应的原理以及化学方程式的写法来分析；
（2）实验中应当注意的事项有：气密性要良好、红磷要足量、反应要充分、等到冷却至室温时在打开止水夹；
（3）根据氢氧化钙微溶于水来分析；
（4）根据实验前第一步操作都是检查装置的气密性进行分析；首先计算出被封闭空气的总体积，然后根据氧气约占空气总体积的$\frac{1}{5}$，计算出被消耗氧气的体积，进而推测出注射器活塞向左移动的距离；
（5）比较图2的设计操作与图1的优点时，可以从是否环保和实验现象是否明显的角度去分析；
（6）按小强的设想进行实验时，要注意防止试管受热不均或气体体积受热膨胀过大，从而造成试管炸裂等危险．

解答 解：（1）磷与氧气在点燃的条件下反应生成五氧化二磷；故填：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；
（2）集气瓶中的液面不能上升五分之一，可能的原因是气密性不良好、红磷不足量、反应不充分、未等到冷却至室温就在打开止水夹．故填：红磷的量不足；装置漏气等；
（3）木碳燃烧生成了二氧化碳，二氧化碳能与氢氧化钙溶液反应，但是由于氢氧化钙微溶于水，不能将生成的二氧化碳完全吸收，所以小华同学的猜想不正确；故填：否；氢氧化钙微溶于水，不能将生成的二氧化碳完全吸收；
（4）打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明整个装置都不漏气；若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，这只是消耗了40mL的试管中空气中的氧气，然后根据氧气约占空气总体积的$\frac{1}{5}$，计算出被消耗氧气的体积为8mL，进而推测出注射器活塞向左移动8mL，若不夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹，消耗的氧气应该是试管和注射器内的氧气之和，60mL的五分之一，可观察到的现象为：活塞最终稳定在约8mL的刻度线上；故填：装置的气密性好；活塞最终稳定在约12mL的刻度线上；活塞最终稳定在约8mL的刻度线上；
（5）图2的设计操作与图1比较，它可以防止磷燃烧产生的白烟散逸到空气中，再就是装置的刻度更清楚，读数更容易；故填：减少空气污染，容易读数；
（6）因为白磷燃烧放出大量的热，会使密闭体系内气体压强增大，所以该实验中可能出现的问题有：橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等；故填：橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出．

点评 本题主要考查实验测定空气中氧气含量的原理及可能造成实验失败的原因的分析，解此类问题时关键是分析清楚实验原理，了解实验过程中的注意事项．