为测定空气中氧气的含量,小华同学打算设计如下方案: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,通过导管与实际容积为 60mL 且滑润性很好的针筒注射器组成如图的实验装置。假设此实验能够按照小华的设想正常进行,且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计,请回答下列问题:
( 1 )白磷燃烧的化学方程式为 _____ 。
( 2 )实验前,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 20mL 刻度处,则说明: _____ 。
( 3 )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。可观察到注射器活塞停留在 _____ mL 刻度处。
( 4 )若不使用弹簧夹,用酒精灯加热白磷,充分反应直至燃烧结束,试管冷却。整个实验过程中可观察到的现象为: _____ 、 _____ 。
( 5 )若按小华的设想进行实验,实际可能遇到诸多问题而发生危险,造成实验失败,例如: _____ 。
4P+5O 2 2P 2 O 5 装置的气密性好 12 白磷燃烧,产生白烟 活塞先向右移动,最终稳定在约 8mL 的刻度线上 橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等
【分析】
本题是测定氧气在空气中的体积分数的实验探究,要把空气中的氧气消耗掉,在本实验中用的是过量的白磷,燃烧后的生成物是固体,不需要占很大的空间。本实验中用的是 40mL 的试管与实际容积为 60mL 且润滑性很好的针筒注射器,并且活塞在 20mL 处,有助于反应结束后计算体积。要使本实验成功,必须注意以下几点: ①装置的气密性好;②白磷足量;③必须冷却到室温再读数。还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。
【详解】
( 1 )白磷燃烧生成五氧化二磷,反应的化学方程式为: ,故填: 。
( 2 )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;故填:装置的气密性好。
( 3 )若先夹紧弹簧夹,用酒精灯加热白磷,这时白磷燃烧消耗掉的只是试管内的氧气为 40mL × 1/5=8mL ,所以活塞应停在 20mL-8mL=12mL 的刻度处;故填: 12。
( 4 )若不使用弹簧夹,用酒精灯加热白磷,白磷燃烧,产生白烟,而白磷实际消耗掉的是试管 40mL 和注射器内 20mL 的氧气为( 40mL+20mL ) × 1/5=12mL ,所以活塞应停在 20mL-12mL=8mL 的刻度处;故填:白磷燃烧,产生白烟;活塞先向右移动,最终稳定在约 8mL的刻度线上。
( 5 )因为白磷在密闭容器内燃烧产生热量使气体膨胀,可能会使橡胶塞弹出、试管爆裂、不使用弹簧夹可能会使注射器活塞弹出等,造成实验失败。故填:橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等。
用排水法收集气体 | 在两个集气瓶中装满水,用玻璃片盖住瓶口,倒放入水中。将塑料管小心插入集气瓶内,吹气 | 集气瓶中的水逐渐排出,收集满呼出的气体 | 呼出的气体几乎没有溶于水 |
在水中收集满气体后,用玻璃片盖住瓶口,从水中取出正放于桌面上 | 气体无色 | 无色的气体,密度比空气的大 | |
探究呼出气体的性质 | 向一个盛空气的集气瓶和一个盛呼出气体的集气瓶中,各滴入几滴澄清的石灰水,振荡 | 盛空气的集气瓶内澄清石灰水没有变浑浊;盛呼出气体的集气瓶内澄清的石灰水变浑浊 | 呼出的气体中二氧化碳的含量>空气中二氧化碳的含量 |
将燃着的木条分别插入另一个盛有呼出气体的集气瓶中和盛有空气的集气瓶中 | 盛有空气的集气瓶中的木条继续燃烧,无明显变化;盛呼出气体的集气瓶中燃着的木条逐渐熄灭 | 呼出的气体中氧气的含量<空气中氧气的含量 | |
取一块干燥的玻璃片,对着呼气,并与放在空气中的另一块玻璃片进行比较 | 对着呼气的玻璃片上有一层水雾;放在空气中的玻璃片无明显变化 | 呼出的气体中水蒸气的含量>空气中水蒸气的含量 |
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