Question

注射器是一种普通的医疗器械，但它在化学实验装置和习题中出现越来越多，它对某些实验现象的观察或实验过程的改进起到了意想不到的效果．

（1）图1用50 mL试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可防止白烟污染空气．用50mL注射器（活塞事先处在20 mL刻度处）测量磷燃烧消耗的氧气体积．
操作：①检查装置的气密性．②装药品，连好仪器．③夹紧弹簧夹，加热白磷，观察试管中所发生现象为

．④燃烧结束，试管冷却后打开弹簧夹，可以看到活塞慢慢左移到约

mL刻度处（取整数值）．说明空气中氧气的体积分数约为

．
（2）图2用推拉注射器活塞的方法可以检查装置的气密性．当缓缓向外拉动活塞时，如果装置气密性良好，则能观察到

A．注射器内有液体B．瓶中液面上升C．长颈漏斗内液面上升D．长颈漏斗下端管口产生气泡
（3）兴趣小组走进实验室看到了一个不和谐的“音符”（如图3）．
（I）此情此景你首先想到是取用该药品时试剂瓶瓶塞应

放在桌上；取用后应立即塞上瓶塞密封保存，这是因为

，

（II）该兴趣小组同学为了测定某变质的烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数，首先设计了图4所示的装置，通过反应后右侧注射器内收集到气体的量计算出Na₂CO₃的质量分数（已知该状态下CO₂的密度，所使用注射器最大量程为20mL）．写出锥形瓶内所发生变化的化学方程式

，

，
小张认为该方案不能准确测得Na₂CO₃的质量分数，这是因为

，且小李认为该方案中样品的取用的量也需要一定的控制，这是因为

．
（III）该兴趣小组同学在反思上面实验后设计了如图5的装置测定变质的烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数．反应的开始、结束都要用注射器反复的排送气体．实验步骤为：
①检查装置的气密性． ②称取10克干燥的烧碱样品放入广口瓶中，D处注射器内加入适量的稀硫酸，准确称量装置F的质量320克，连好装置． ③打开弹簧夹1，反复推拉注射器A 10次，准确称量装置F的质量320.5克．④关闭弹簧夹1，然后推动活塞，让稀硫酸逐滴滴入样品中，直到不再产生气泡为止． ⑤打开弹簧夹1，缓缓推拉注射器A10次． ⑥再准确称装置F质量为321.6克．
问题探究：
（i）E装置的作用是

，G装置作用

．
（ii）若步骤⑤中注射器推拉速率过快，则测定的Na₂CO₃的质量分数会

（填“偏大”、“偏小”、“不变”）．
（iii）试根据实验所记数据计算出该烧碱样品中Na₂CO₃的质量分数

．

Answer

（1）根据磷在空气中燃烧消耗尽氧气可测定氧气占空气体积的实验结果，解答本问题；
（2）根据实验室检查装置气密性的原理，分析该装置在进行气密性检验时可能出现的现象；
（3）（I）根据实验室对药品取用时的要求及氢氧化钠的性质，分析图示操作中存在的不符合操作要求的问题；
（II）根据氢氧化钠与碳酸钠能与盐酸反应的性质，写出两个反应的化学方程式；结合所选用药品及装置，对操作中可能出现的结果进行分析，做出判断；
（III）（i）根据对整个装置及实验目的理解，结合装置中所加药品的特性，判断盛放浓硫酸的装置E及盛放碱石灰的装置G的作用；
（ii）分析推拉注射器对整个实验的作用，对不恰当的推拉进行分析，判断该不当操作对测定结果的影响；
（iii）实验数据的处理：利用装置F的质量变化得出反应产生二氧化碳的质量，利用这一质量，根据反应的化学方程式计算样品中碳酸钠的质量，从而计算出该烧碱样品中Na2CO3的质量分数．
【解析】
（1）白磷燃烧会成白色固体五氧化二磷，故可观察到产生大量白烟；由于白磷燃烧消耗尽点空气体积的氧气，因此装置内气体体积减少50mL×=10mL，所以注射器内10mL气体进入补充，注射器内剩余气体体积20mL-10mL=10mL，因此，可以看到活塞慢慢左移到约10mL处；此实验再次验证了空气中约含或21%的氧气；
（2）当缓缓向外拉动注射器的活塞时，锥形瓶内气体被抽入注射器，如果装置气密性良好，外界的空气就会从长颈漏斗进入补充，因此，可观察到长颈漏斗下端管口产生气泡；故选D；
（3）（I）取用药品时，试剂瓶的瓶盖应倒放在桌面上；在保存氢氧化钠时，由于氢氧化钠既能吸收空气中的水而潮解，又能吸收空气中的二氧化碳而变质，因此必须密封保存；
（II）氢氧化钠与盐酸发生中和反应生成氯化钠和水，化学方程式为NaOH+HCl=NaCl+H2O；碳酸钠与盐酸发生复分解反应，生成氯化钠、水和二氧化碳气体，化学方程式为Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑；因为所选用的盐酸具有挥发性，而得产生的二氧化碳气体的体积测定不准确，因而造成对碳酸钠质量分数测定不准确；所选择的仪器容积所限，若产生较多气体时，气体体积超出所选注射器量程时，因无法测量体积而实验失败，所以，加入药品时要适当进行控制；
（III）（i）利用装置E中浓硫酸具有吸水性，该装置在实验中主要为除去二氧化碳中的水蒸气；装置G中的碱石灰既能吸收空气中的水，又能吸收空气中的二氧化碳，连接在装置F与大气之间，作用在于防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入F中；
（ii）推拉注射器可使装置内产生的二氧化碳完全被装置F中氢氧化钠溶液吸收，若推拉速度过快，会造成二氧化碳气体未被吸收而排出，使得测定的二氧化碳质量偏小而导致整个测定结果偏小；
（iii）根据装置F的质量变化，可知反应生成二氧化碳的质量=321.6g-320.5g=1.1g；设样品中碳酸钠的质量为x
Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑
106                  44
x                    1.1g
=  x=2.65g
该烧碱样品中Na2CO3的质量分数=×100%=26.5%

故答案为：（1）产生大量白烟；10；或21%；
（2）D；
（3）（I）倒；氢氧化钠固体吸水潮解；氢氧化钠与二氧化碳反应变质；
（II）NaOH+HCl=NaCl+H2O；Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑；产生的二氧化碳中混杂水蒸气和氯化氢气体；若样品取多了，产生气体可能超过注射器量程，若样品取少了，产生气体太少，无法测量；
（III）（i）除去二氧化碳中的水蒸气；防止空气中的二氧化碳、水蒸气进入F中；（ii）偏小；（iii）26.5%．