如何測定空氣中氧氣體積分數(shù)

1、如何測定空氣中氧氣體積分數(shù)（圖）育紅中學張津平測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗是一個非常重要的知識點，在各種考試中經(jīng)?？嫉?，從普通 的單元測驗到競賽都會經(jīng)常涉及。下面從以下幾方面與同學們深入探討一下這個實驗：一、實驗原理：測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗原理是：選擇某種能與空氣中的氧氣反應而不與空氣中其他 氣體反應的固體物質(zhì)（如紅磷、白磷等），利用過量的該物質(zhì)將空氣中的氧氣完全消耗，生成新的固 體物質(zhì)，使密閉容器內(nèi)氣體體積減?。p小的體積即為氧氣的體積），氣體的壓強減小，弓I起水面變 化，從而確定空氣中氧氣的體積分數(shù)。需要注意的是：1. 所選物質(zhì)與氧氣反應的生成物必須是固體（因此碳、硫不可選用）【注意

2、：若生成物為氣 體，也可將水換成易吸收該氣體的液體，如氫氧化鈉溶液】。2. 所選物質(zhì)必須能在空氣中燃燒（因此鐵不可選用）。3. 所選物質(zhì)應過量，使氧氣完全反應。利用某些物質(zhì)與空氣中氧氣反應（不生成氣體），使 容器內(nèi)壓強減小，讓水進入容器。測定進入容器內(nèi)水的體積，即為空氣中氧氣的體積。二、常見測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗裝置和方法：【裝置一】按如圖所示的裝置實驗，以水槽中水面為基準線，將鐘罩水面以上容積分為 份。在燃燒匙內(nèi)盛過量紅磷，用酒精燈點燃后，立即插入鐘罩內(nèi)，同時塞緊橡皮塞，觀察紅磷燃燒和 水面變化的情況。1. 實驗現(xiàn)象：1/5。（1）鐘罩內(nèi)充滿濃白煙；（2）冷卻后白煙消失，鐘罩內(nèi)水面上升

3、了約占鐘罩體積的2. 實驗結(jié)論：（ 1）紅磷燃燒消耗的是空氣中的氧氣，氧氣約占空氣體積的1/5 。（2）氮氣不支持燃燒，本身也不能燃燒，且氮氣不溶于水。3. 實驗注意事項：（ 1）可用來反應的物質(zhì)必須是易與氧氣反應且沒有氣體生成的物質(zhì)（如紅磷），木炭、硫 （因生成氣體）不能用作測定氧氣含量的反應物。（2）所用來反應的物質(zhì)必須足量或過量（保證把鐘罩內(nèi)的氧氣消耗完全）。（3）容器的氣密性必須良好。（4）應冷卻到室溫時才測定進入容器內(nèi)的水的體積，否則鐘罩內(nèi)水面上升的體積小于鐘罩 容積的 1/5 ?！狙b置二】按如圖所示的裝置實驗，以集氣瓶中水面為基準線，將集氣瓶中水面以上容積分 為 5 等份。在燃燒匙

4、內(nèi)盛過量紅磷，用酒精燈點燃后，立即插入集氣瓶中，同時塞緊橡皮塞，觀察紅 磷燃燒和水面變化的情況。1. 實驗現(xiàn)象：（ 1）集氣瓶中紅磷燃燒產(chǎn)生大量濃白煙；（ 2）紅磷燃燒放出大量的熱；（ 3）待集氣瓶冷 卻后，打開止水夾，燒杯中的水進入集氣瓶約 1/5 。2. 實驗結(jié)論：（ 1）紅磷燃燒消耗的是空氣中的氧氣，氧氣約占空氣體積的1/5 。（2）氮氣不支持燃燒，本身也不能燃燒，且氮氣不溶于水。3. 本實驗引起誤差的原因：（ 1）若測得水面上升小于 1/5 體積的原因可能是：紅磷不足，氧氣沒有全部消耗完；裝置漏氣；沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾。（ 2）若測得水面上升大于 1/5 體積的原因可能是： 插入

5、燃燒匙太慢，塞緊瓶塞之前，瓶內(nèi)部分空氣受熱逸出。 沒夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時集氣瓶內(nèi)部分空氣受熱從導管逸出。三、練一練：1. 【2010年天津市化學競賽20】已知：鎂+氧氣氧化鎂（固體）鎂+氮氣氮化鎂（固體）（1）在做測定空氣中氧氣含量的實驗時（填能或不能）用鐵絲代替紅磷，原因是。（ 2）某同學根據(jù)已知條件的提示，對實驗所用的藥品進行了更換，用了木炭、硫、鎂中的 一種藥品進行實驗，實驗也取得了成功，猜想他用到的實驗藥品是。請簡述實驗過程?！敬鸢浮浚?1 ）不能；鐵絲在空氣中不能燃燒（ 2）硫；將（集氣瓶和燒杯中的）水換成氫氧 化鈉溶液（氫氧化鈉溶液能與二氧化碳或二氧化硫反應），用彈簧夾夾緊乳膠管

6、，點燃燃燒匙內(nèi)的硫 后，立即伸入集氣瓶中并把塞子塞緊。待硫熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察氫氧化鈉溶液進入集氣 瓶中的情況。2. 【 2010 年天津市化學競賽 23】為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設(shè)計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與 實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如下圖的實驗裝置。假設(shè)此實驗能夠按照小華的設(shè)想正常進行，白磷所占體積與導管內(nèi)的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，保持空氣正常 流動。請回答下列問題：(1)實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開

7、手，若活塞仍能返回至 20mL刻度處，則說明 ；( 2)若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾?？捎^察到的現(xiàn)象為： ；( 3)若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結(jié)束，試管冷卻?？捎^察到的現(xiàn)象為 ；( 4)若按小華的設(shè)想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發(fā)生危險，造成實驗失敗。例如：【答案】( 1 )該裝置的氣密性良好。( 2)白磷在空氣燃燒時消耗氧氣，由于氧氣約占空氣 體積的1/5，而試管內(nèi)空氣中氧氣的體積約為：40mLK1/5=8mL，且過量的白磷燃燒能將試管內(nèi)空氣中 的氧氣耗盡，因此最終活塞的前沿在約12mL(20mL-8mL=12mL的刻度線

8、上。(3)白磷在空氣中燃燒時放出大量的熱，會使密閉體系內(nèi)的空氣受熱膨脹，活塞就會向右移動；若不用彈簧夾，則整個體系中空氣中氧氣的體積約為：(40mL+20mLx 1/5=12 mL,因此最終活塞的前沿在約 8mLL 20mL-12mL=8mL 的刻度線上。( 4)因為白磷燃燒放出大量的熱，會使密閉體系內(nèi)氣體壓強增大，所以該實驗中可能出 現(xiàn)的問題有：橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等。3. 根據(jù)空氣的成分填空：( 1)小白鼠在裝有空氣的密閉容器中可存活一段時間，說明空氣中含有。( 2)石灰水長期露置在空氣中會出現(xiàn)白色固體物質(zhì)，說明空氣中含有。( 3)夏天，盛放冰棒的杯子外壁上附有一層水珠，說明空氣中含有。(4)某同學利用如圖所示的裝置測定空氣中氧氣的含量(體積分數(shù))。他的操作過程如下(有100mL和500mL量筒供選用)：檢查整個裝置的氣密性后，將 c處的止水夾夾緊，點燃紅磷后，迅速插入左邊的廣口瓶中；待燃 燒停止，整個裝置冷卻至室溫后，將c處的止水夾打開。結(jié)果發(fā)現(xiàn)燒杯中的水進入到廣口瓶中；待燒杯中的水不能再進入廣口瓶后，打開廣口瓶的橡膠塞，將廣口瓶中的水全部倒入到100mL量筒中，測得其中水的