Question

注射器是一種普通的醫療器械，但它在化學實驗裝置和習題中出現越來越多，它對某些實驗現象的觀察或實驗過程的改進起到了意想不到的效果．

（1）圖1用50mL試管作反應容器，磷的燃燒均在密閉容器里進行，可防止白煙污染空氣．
實驗目的：用50mL注射器（活塞事先處在20mL刻度處）測量磷燃燒消耗氧氣的體積．
操作：①檢查裝置的氣密性．②裝藥品，連好儀器．③夾緊彈簧夾，加熱白磷，觀察試管中所發生現象為

 

．④燃燒結束，試管冷卻后打開彈簧夾，可以看到活塞慢慢左移到約

 

mL刻度處（取整數值）．說明空氣中氧氣的體積分數約為

 

．
（2）圖2用推拉注射器活塞的方法可以檢查裝置的氣密性．當緩緩向外拉動活塞時，如果裝置氣密性良好，則能觀察到（

 

）
A．注射器內有液體；B．瓶中液面上升；C．長頸漏斗內液面上升；D．長頸漏斗下端管口產生氣泡．
（3）興趣小組走進實驗室看到了一個不和諧的“音符”（如圖3）．
（ I）此情此景你首先想到是取用該藥品時試劑瓶瓶塞應

 

放在桌上；取用后應立即塞上瓶塞密封保存，這是因為

 

，

 

．

（II）該興趣小組同學為了測定某變質的燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數，首先設計了圖4所示的裝置，通過反應后右側注射器內收集到氣體的量計算出Na₂CO₃的質量分數（已知該狀態下CO₂的密度，所使用注射器最大量程為20mL）．寫出錐形瓶內所發生變化的化學方程式：

 

；

 

．
小張認為該方案不能準確測得Na₂CO₃的質量分數，這是因為

 

，且小李認為該方案中樣品的取用的量也需要一定的控制，這是因為

 

．
（III）該興趣小組同學在反思上面實驗后設計了如圖5的裝置測定變質的燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數．反應的開始、結束都要用注射器反復的排送氣體．實驗步驟為：
①檢查裝置的氣密性． ②稱取10克干燥的燒堿樣品放入廣口瓶中，D處注射器內加入適量的稀硫酸，準確稱量裝置F的質量320克，連好裝置． ③打開彈簧夾1，反復推拉注射器A 10次，準確稱量裝置F的質量320.5克．④關閉彈簧夾1，然后推動活塞，讓稀硫酸逐滴滴入樣品中，直到不再產生氣泡為止． ⑤打開彈簧夾1，緩緩推拉注射器A 10次． ⑥再準確稱裝置F質量為321.6克．
問題探究：
（i）E裝置的作用是

 

，G裝置的作用

 

．
（ii）若步驟⑤中注射器推拉速率過快，則測定的Na₂CO₃的質量分數會

 

（填“偏大”、“偏小”、“不變”）．
（iii）試根據實驗所記數據計算出該燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數

 

（不要求些計算過程）．

Answer 1

分析：（1）利用白磷燃燒消耗空氣中的氧氣生成白色固體五氧化二磷，而使試管內氣體體積減小，測出氣體減少的體積即為試管內空氣中所含氧氣的體積；
（2）使用注射器改變瓶內氣體的多少而改變瓶內壓強；當緩緩向外拉動活塞時，瓶內氣體被抽出，壓強減小，外界氣體則會從長頸漏斗進入瓶內，可以說明裝置氣密性良好；
（3）（I）打開試劑瓶時，為防止瓶蓋沾染桌面雜物污當瓶內藥品，瓶蓋應倒放在桌面上；為防止氫氧化鈉吸收空氣中的水分及二氧化碳，存放時應密封保存；
（II）氫氧化鈉、碳酸鈉都能與鹽酸反應，向瓶內加入稀鹽酸時，稀鹽酸與瓶內氫氧化鈉和碳酸鈉發生反應；使用該裝置進行實驗時，鹽酸有揮發性，會使產生的二氧化碳氣體中混有HCl氣體，測得的氣體體積不準確；如果藥品量過多，會出現因注射器過小而無法完成測定；如果藥品過少，也會因產生氣體較少而無法測量；
（III）（i）濃硫酸具有吸水性，可干燥混合氣體；堿石灰既可吸收水又可吸收二氧化碳，裝置G起到防止空氣中二氧化碳進入E裝置而對實驗測定產生影響；
（ii）推拉速度過快時，產生的二氧化碳快速通過裝置E，部分二氧化碳氣體未能被完全吸收，會使得測定量偏小；
（iii）根據質量守恒定律，由裝置E質量變化即為生成的二氧化碳的質量求得產生二氧化碳的質量，利用反應的化學方程式，由產生二氧化碳的質量求出樣品中碳酸鈉的質量而計算碳酸鈉的質量分數．

解答：解：（1）加熱時溫度達到白磷的著火點，白磷燃燒，燃燒時產生大量的白煙；由于彈簧夾夾住了連接注射器和試管的導管，因此，白磷燃燒只能消耗試管內空氣中的氧氣，所以消耗氧氣的體積為試管體積的五分之一即10mL；打開彈簧夾時，注射器內氣體進行試管，活塞慢慢左移到10mL處；
故答案為：燃燒且有濃厚白煙；10；

1

5

；
（2）注射器慢慢向外拉時，瓶內空氣減少壓強減小，裝置氣密性良好時，外界空氣從長頸漏斗進入瓶中，長頸漏斗下端管口處出現氣泡；
故答案為：D；
該裝置所產生的二氧化碳氣體未經除雜和干燥處理，氣體中混有HCl氣體而使所測得的氣體不準確；
故答案為：產生的二氧化碳中混雜水蒸氣和氯化氫氣體；
若藥品加入量過大時，產生氣體量超過注射器的容積，實驗無法完成氣體的測量；若所取藥品量過少時，產生的氣體量少而不能使注射器活塞向外移動，不能測出氣體的體積；
故答案為：若樣品取多了，產生氣體可能超過注射器量程，若樣品取少了，產生氣體太少，無法測量；
（3）（I）圖中試劑瓶瓶蓋沒有倒放在桌面上，且敞口放置時氫氧化鈉會吸收空氣中的水分和二氧化碳而使氫氧化鈉潮解、變質；
故答案為：倒；氫氧化鈉易潮解；易吸收空氣中的二氧化碳；
（II）滴入的鹽酸與氫氧化鈉發生中和反應生成氯化鈉和水，與碳酸鈉發生復分解反應生成氯化鈉、水和氣體二氧化碳；
故答案為：2HCl+Na₂CO₃═2NaCl+H₂O+CO₂↑；NaOH+HCl═NaCl+H₂O；
（III）（i）裝置E中的濃硫酸可以把產生的混合氣體中的水分吸收，而防止水對裝置F質量的影響；裝置G中的堿石灰防止空氣中的二氧化碳進入F被吸收而影響到裝置F的質量；
故答案為：除水蒸氣；防止空氣中的二氧化碳被氫氧化鈉吸收而干擾實驗結果；
（ii）過快地推拉注射器時，氣體快速通過裝置E中的氫氧化鈉溶液，而造成少量二氧化碳未來得及反應而排出，導致二氧化碳測量值偏小，所計算出的碳酸鈉的質量及質量分數都偏��；
故答案為：偏�。�
（iii）產生二氧化碳氣體的質量=321.6g-320.5g=1.1g
設碳酸鈉的質量為x
Na₂CO₃～CO₂
106     44
x       1.1g

106

x

=

44

1.1g

  x=2.65g
燒堿樣品中Na₂CO₃的質量分數=

2.65g

10g

×100%=26.5%
故答案為：26.5%．

點評：采取稀鹽酸與碳酸鈉反應生成二氧化碳，通過測量產生二氧化碳的質量，根據反應的化學方程式計算出樣品中碳酸鈉的質量及質量分數；過程中二氧化碳氣體的測定對實驗結果起決定作用，因此需要盡可能地準確測定．