【题目】小宇同学对上题实验进行了改进,方案如下:
将过量的白磷放入容积为40mL的试管中,用橡胶塞塞紧试管,通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的注射器连接,如图所示(白磷所占体积忽略不计)。
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(1)实验前,打开弹簧夹,将注射器活塞的前沿从30mL刻度处推至20mL刻度处,松手后若活塞仍能返回至______mL刻度处,则说明_________。
(2)夹紧弹簧夹,加热白磷使其充分反应,试管冷却后再松开弹簧夹,活塞向左移动,最终停留在________mL处。
(3)若不使用弹簧夹,加热白磷充分反应后冷却,可观察到活塞先向_____(选填“左”或“右”)移动,原因是______;最终活塞稳定在________mL处。
(4)若按小宇的设想进行实验,实际可能遇到诸多问题而发生危险,造成实验失败。例如:______。
(5)小瑞同学也对上题实验进行了改进,将红磷替换成了蜡烛进行测定空气中氧气体积分数的实验。他认为蜡烛更环保,而且取用方便。请评价小瑞改进实验的可行性和准确性。
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可行性评估:____________;准确性评估:____________。
【答案】30mL 装置于气密性良好 22mL 右 白磷燃烧产生热量使试管内空气膨胀 16mL 白磷燃烧,气体积迅速膨胀,气压增大,可能使试管的橡皮塞被喷出或注射器活塞被喷出,也可能导致试管破裂。 蜡烛燃烧虽然能与氧气反应,消耗氧气,但同时又产生二氧化碳气体,使瓶内气压变化不大,所以用蜡烛替换红磷做实验不可行。 因为二氧化碳能溶于水,但溶解的量比较少,当松开弹簧夹时,可能有少量水被倒吸进入瓶中,水的体积与空气中氧气的体积相差比较大,所以用这种方法测量结果不准确。
【解析】
本题是对上一题进行实验改进,利用注射器的读数来判断空气中氧气的含量。
(1)实验前,打开弹簧夹,将注射器活塞的前沿从30mL刻度处推至20mL刻度处,松手后若活塞仍能返回至30mL刻度处,则说明装置于气密性良好。
(2)白磷燃烧消耗了氧气,被消耗氧气的体积按约占空气体积的1/5进行计算:
,活塞向左移动8mL,最终停留在20mL -8mL=12 mL处。
(3)若不使用弹簧夹,加热白磷燃烧,产生热量使试管内空气膨胀,压强增大,可观察到活塞先向右移动,当试管冷却,氧气被消耗,压强减小,活塞又向左移动。此时消耗氧气的是试管内的氧气和注射器内的氧气,体积为:
,最终活塞稳定在30mL-14 mL=16 mL处。
(4)白磷燃烧,气体积迅速膨胀,气压增大,可能使试管的橡皮塞被喷出或注射器活塞被喷出,也可能导致试管破裂。(5)蜡烛燃烧虽然能与氧气反应,消耗氧气,但同时又产生二氧化碳气体,使瓶内气压变化不大,所以用蜡烛替换红磷做实验不可行;因为二氧化碳能溶于水,但溶解的量比较少,当松开弹簧夹时,可能有少量水被倒吸进入瓶中,水的体积与空气中氧气的体积相差比较大,所以用这种方法测量结果不准确。