空氣中氧氣含量的測定實驗探究專項訓練1

1、空氣中氧氣含量的測定實驗專題復習知識梳理 空氣中氧氣含量的測定如右圖所示。1、可觀察到的現(xiàn)象是 磷燃燒有大量白煙生成，打開止水夾后水進入集氣瓶內大約1/5體積處 。點燃2、該實驗設計的原理是利用 紅磷燃燒耗盡密閉容器中1/5體積的氧氣，使容器內壓強減小，導致水被吸入集氣瓶內大約1/5體積。反應方程式為：4P + 5O2 = 2P2O5 。3【實驗步驟】1）在集氣瓶內加入少量水（用于溶解生成的五氧化二磷，同時吸收燃燒產生的熱，有利于瓶內降溫），把集氣瓶剩余容積劃分為5等分，并做上記號。2用止水夾夾緊乳膠管。把燃燒匙內的紅磷放在酒精燈火焰上點燃，立即伸入瓶中并把塞子塞緊。觀察紅磷燃燒時的現(xiàn)象。 3

2、待紅磷熄滅并冷卻后，打開止水夾，觀察實驗現(xiàn)象及水面的變化情況。4【實驗現(xiàn)象】紅磷燃燒時發(fā)出黃白色火焰，同時放出熱量，隨著反應的進行，瓶內充滿白煙。待集氣瓶冷卻到室溫時，打開止水夾，燒杯中的水被吸進集氣瓶中，進水的體積恰好近似于集氣瓶中原空氣體積的1/5。5【注意事項】 1裝置不能漏氣。 2紅磷要過量，以保證瓶內的氧氣耗完。  3點燃紅磷后要立即伸入集氣瓶中，并塞緊塞子，不能使外界空氣進入瓶內。 4止水夾要夾緊，防止紅磷燃燒時氣體膨脹使瓶中氣體從導管逸出。 5等到集氣瓶冷卻到室溫時再打開止水夾，防止瓶內氣溫高于外界氣溫，使進入瓶內的水減少

3、0;6【實驗分析】實驗后若結果偏小，可能的原因有紅磷量過少 、裝置氣密性不好 、沒有冷卻到室溫就打開止水夾 。實驗后若結果偏大，可能的原因有止水夾沒有夾緊 、燃燒匙伸入集氣瓶過慢 。7、實驗時選擇的可燃物需具備以下條件：（1）能在空氣中燃燒 （如鐵絲不行）；（2）燃燒時只消耗氧氣 （如鎂帶不行）；（3）生成物不能為氣體 （如硫粉、木炭等不行）。8、該實驗還可推出，瓶內剩余4/5體積的氣體是氮氣 ，其物理性質有無色無味、難溶于水 ；化學性質有不燃燒也不支持燃燒 。9其他常見變形裝置如下圖： 裝置形式雖然不同，但原理都是相同的，即用燃燒法測定空氣中氧氣的含量。（注意：該實驗應從1、實驗現(xiàn)象的描述；

4、2、實驗原理；3、實驗的改進；4、藥品的選擇；5、實驗推斷的性質等五個方面去掌握）典例解析 圖1例1（2012荔灣區(qū)）右圖1所示裝置可用于測定空氣中氧氣的含量，實驗前在集氣瓶內加入少量水，并做上記號。下列說法中不正確的是 （ ）A該實驗證明空氣中氧氣的含量約占1/5B實驗時紅磷一定要過量C實驗前一定要檢驗裝置的氣密性D紅磷燃燒產生大量的白霧，火焰熄滅后立刻打開彈簧夾圖2解析：D中紅磷燃燒產生大量白煙。保證實驗成功的關鍵是：裝置不漏氣，只有裝置氣密性良好才能使得反應后裝置內的壓強顯著減小，水才能進入到瓶子中。紅磷足量才能將氧氣消耗完畢，測量結果才準確?；鹧嫦绾蟠b置冷卻后再打開止水夾，否則由于

5、熱脹冷縮緣故會使測量結果不準確。紅磷不能使用硫磺、木炭來代替，因為硫磺、木炭燃燒后生成的二氧化硫、二氧化碳為氣體，不能使裝置內氣體壓強顯著減小，如使用硫磺或木炭則必須在水中加入氫氧化鈉。  答案：D例2（2011天河區(qū)）右圖2是一個具有刻度和活塞可滑動的玻璃容器，其中有空氣和足量的白磷，將它放在盛有沸水的燒杯上方，進行實驗。請完成實驗報告：（1）實驗目的：測定空氣中             的體積分數(shù)。（2）實驗現(xiàn)象：白磷著火燃燒，活塞先右移，后左移，最后停在刻度約

6、為     （填整數(shù)）的位置上。 （3）實驗結論：空氣的成分按體積計算，       約占1/5。解析：（1）氧氣（2）8（3）氧氣 提示：白磷燃燒 放熱氣體體積膨脹故活塞先向右移動，當溫度降下后氣體體積縮小活塞左移。 例3 （2011廣州卷）.某班同學用右圖裝置測定空氣里氧氣的含量。先用彈簧夾夾住乳膠管。點燃紅磷伸入瓶中并塞上瓶塞。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察 廣口瓶內水面變化情況。實驗完畢甲同學的廣口瓶內水面上升明顯小于瓶內空氣體積的1/5,乙

7、同學的廣口瓶內水面上升顯大于瓶內空氣體積的1/5。下列對這兩種現(xiàn)象解釋合理的是（  ）甲同學可能使用的紅磷量不足，瓶內氧氣沒有消耗完；甲同學可能未塞緊瓶塞，紅磷熄滅冷卻時外界空氣進入瓶內；乙同學可能沒夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時瓶內空氣受熱從導管逸出；乙同學可能插入燃燒匙太慢，塞緊瓶塞之前，瓶內空氣受熱逸出A.只有   B.只有   C.只有        D.解析：D例4、（2010花都區(qū)）為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40

8、mL的試管作反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管口，通過導管與實際容積為60 mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如右圖的實驗裝置。假設此實驗能按照小華的設想正常進行，且白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，請回答下列問題：（1)實驗前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20 mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，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束，試管冷卻。可觀察到的現(xiàn)象為_。（4）若按小華的設想進行實驗，實際可能遇到

9、諸多問題而發(fā)生危險，造成實驗失敗。例如_ _。解析：（1）裝置的氣密性好（2）白磷燃燒，產生白煙，活塞前沿在約12 mL的刻度線上 （3）白磷燃燒，產生白煙，活塞先向右移動，最終穩(wěn)定在約8 mL的刻度線上（4）橡膠塞彈出、試管爆裂、注射器活塞彈出等 例5（2012·廣州）某化學興趣小組的同學按照課本上的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數(shù)”實驗(如圖8所示)，但測出的氧氣的體積分數(shù)明顯小于1/5。請你參與探究：【提出問題】造成誤差的原因是什么？如何改進課本上的實驗裝置？【查閱資料】紅磷、白磷的一些性質如下表：顏色、狀態(tài)熔點/著火點/密度/(g/cm3)紅磷暗紅色固體5902402.3

10、4白磷白色或黃色固體44.1401.82【猜想與假設】圖9甲同學：可能是導管內原含有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性。乙同學：可能是瓶內殘留氣體中還有氧氣。你還能作出的猜想是 ?！窘涣髋c討論】（1）丙同學認為用木炭代替紅磷，就可以消除誤差，大家認為他的猜想不合理，理由是 。 （2）他們對課本上的實驗裝置進行了圖9所示的改進(其他儀器忽略)。 甲同學提出應把紅磷換為白磷，理由是 。 通過粗銅絲來點燃玻璃管內的白磷，這利用了金屬銅的 性。 與課本上的實驗裝置相比較，該裝置的一個優(yōu)點是 。解析：【猜想與假設】裝置氣密性不好（或紅磷用量不足；或沒有冷卻到室溫就打開止水夾等）【交流與討論】（1）

11、木炭在空氣中燃燒生成二氧化碳氣體，使反應前后氣體體積變化不明顯 （2） 白磷的著火點低，容易用銅絲點燃（或紅磷著火點高，不易被銅絲點燃等） 導熱性 可以保證反應過程中裝置不漏氣（或可以保證在相同的壓強下測定反應前后氣體的體積，不會污染空氣等）例6（2011天津市）空氣、水是人類賴以生存的自然資源。（1）測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗裝置如下圖所示。在集氣瓶內加入少量的水，并五等分水面以上的容積，做上記號。用彈簧夾夾緊乳膠管。點燃燃燒匙內足量的紅磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞緊。寫出紅磷在空氣中燃燒的化學式：       

12、0;             。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察到燒杯中的水進入集氣瓶，瓶內水面最終上升約至1刻度處。由此可知氧氣約占空氣總體積的         。紅磷熄滅后，集氣瓶內剩下的氣體主要是           ，該氣體    

13、60; （填“支持”或“不支持”）燃燒。解析： 4P+5O22P2O5     氮氣 不支持 例7（2011廣州市）按右圖組裝儀器，關閉止水夾，通電使紅磷燃燒。請回答下列問題：（1）燃燒的現(xiàn)象是                     ；（2）紅磷燃燒一段時間后，自動熄滅了，你認為原因是     &

14、#160;                      ；（3）冷卻后，松開止水夾，你觀察到的現(xiàn)為               解析（1）紅磷繼續(xù)燃燒，產生白煙，火焰慢慢熄滅 （2）集氣瓶內的氧氣已消耗完（3）燒杯里的水倒吸到集氣瓶內（或燒杯的水面下降），集氣瓶

15、中的水約占集氣瓶容積 （3）通過對實驗結果的交流，大多數(shù)同學都驗證出氧氣約占空氣體積的_通過實驗還可以推斷集氣瓶中剩余氣體的性質是_反思該實驗和拉瓦錫所做實驗的共同原理是：在密閉容器內通過加熱或燃燒某種可燃物，消耗容器內的氧氣，使密閉體系內外形成_，而引起的現(xiàn)象差異來分析空氣中氧氣的含量 （3）1/5， ；難溶于水 【反思】氣壓差 某?；瘜W研究性學習小組在學習了“空氣中氧氣含量測定”的基礎上，改進了教材中的實驗，設計出了如圖所示的實驗裝置實驗步驟如下：如圖所示，連接儀器，檢查裝置的氣密性發(fā)現(xiàn)裝置的氣密性良好在集氣瓶里裝進適量a體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（白磷燃燒所需要的最低溫度是40），并在

16、酒精燈上把玻璃棒下端加熱，按圖示裝置把集氣瓶中的空氣密封起來，把長導管的另一端放入盛有足量水的燒杯中（注：集氣瓶內的長導管已伸到了瓶底）用力把預先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，產生大量白煙，同時放出大量的熱（注：白磷與紅磷燃燒的產物相同）待白磷燃燒熄滅后，稍加振蕩，白煙消失待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)根據(jù)以上信息，回答下列問題（1）集氣瓶中白磷燃燒的文字表達式 磷+氧氣=五氧化二磷（2）在白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內水面的變化情況是 先往下再往上（3）若實驗非常成功，

17、當c為500mL，a=100mL，則b= 180mL（4）組內成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進適量a體積的水”非常不理解咨詢了組長小明之后，他終于明白“a體積的水”的作用，其一是為了加快步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是 防止白磷燃燒時集氣瓶中氣體受熱膨脹逸出（5）在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導致實驗最后產生的實際值大于理論值的是 BA、裝置氣密性不好B、實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水C、集氣瓶沒有冷卻到室溫D、用紅磷代替白磷（紅磷燃燒所需要的最低溫度在240左右）解：（1）寫文字表達式時，白磷要寫成“磷”，不要把條件寫成“燃燒”；（2）白磷燃燒時會放出大量的熱，集氣瓶內

18、空氣受熱體積膨脹，氣壓增大，使集氣瓶內的水沿玻璃管流入燒杯內；燃燒停止后，溫度下降，瓶內氣壓減小，燒杯中的水就會沿著玻璃管再流入集氣瓶內；（3）白磷燃燒只消耗空氣中的氧氣：，集氣瓶內空氣為500-100=400mL，由于氧氣約占空氣總體積的1/5，所以消耗掉氧氣的體積為80mL，則燒杯中的水會進入集氣瓶內約80mL，所以集氣瓶內水的總體積為100+80=180mL（4）集氣瓶內預先裝入適量的水，使白磷燃燒時集氣瓶內氣壓不會過度增大，不至于使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出（5）“裝置氣密性不好”與“集氣瓶沒有冷卻到室溫”都會導致進入集氣瓶內水的體積減少，從而導致實驗最后產生的實際值小于理論值；用紅磷

19、代替白磷后生成物仍然是只有五氧化二磷生成，所以不影響實驗結果；如果實驗前集氣瓶里沒有裝a體積的水，會使集氣瓶中氣體受熱膨脹而逸出，從而導致瓶內氣壓減小幅度過大，使進入水的體積變大，所以實驗最后產生的實際值大于理論值點評：空氣中氧氣含量的測定也是中考考查的一個熱點，重點考查實驗過程中看到的現(xiàn)象以及導致實驗結果偏大或偏小的原因未來中考對該實驗的考查將會不斷創(chuàng)新，例如，在藥品上，用NaOH溶液代替水，則用木炭、硫粉等代替紅磷也可以完成該實驗；在熱源上用電阻絲通電產生熱量、用放大鏡匯聚太陽光產生能量代替酒精燈完成實驗；在裝置上用注射器、活塞、圓筒狀玻璃容器、U型管等但不管如何創(chuàng)新，同學們只要深刻理解該

20、實驗的原理，即可順利解題空氣主要是由氮氣和氧氣組成的混合物，請你參與研究性小組有關空氣成分測定和性質的實驗探究。（1）下圖是教材中測定空氣里氧氣含量的實驗裝置。 填寫下表：實驗現(xiàn)象 結論或解釋 紅磷在集氣瓶中燃燒 反應的化學方程式為：_。 水倒流入集氣瓶中，體積 約占集氣瓶體積的1/5 結論：_。 上述實驗中，常常會出現(xiàn)集氣瓶中水的體積小于1/5的現(xiàn)象，其可能原因是_A裝置漏氣B紅磷過量C溫度太高D氮氣溶解該小組同學根據(jù)空氣中氧氣含量測定的實驗，一致認為：氮氣不能支持紅磷燃燒。你認為該結論是否正確:_（選填“正確”或“錯誤”）。（2）該小組的同學對集氣瓶中氮氣的性質作了進一步的探究?！疚锢硇再|

21、探究】甲同學在實驗探究中設計了如右圖所示的實驗裝置。則該同學設計的目的是為了探究氮氣的_。 【化學性質探究】乙同學將點燃的鎂條迅速伸入集氣瓶中，結果發(fā)現(xiàn)鎂條繼續(xù)燃燒，并產生黃色固體。據(jù)此，你能得出什么結論：_。丙同學用天平稱取2.4g表面處理過的鎂條，在一個完全封閉且充滿足量空氣的容器中完全燃燒，產物冷卻后再稱量，發(fā)現(xiàn)固體質量小于4.0g。原因是：_。答案（1）4P+5O22P2O5；氧氣約占空氣體積的1/5；AC；正確（2）溶解性；鎂能與氮氣反應；鎂在空氣中燃燒時除生成氧化鎂外，還有氮化鎂生成一、實驗藥品選擇型例1.小軍根據(jù)燃燒紅磷測定空氣中氧氣含量的實驗原理，認為可用木炭替代紅磷測定空氣中

22、氧氣的含量，并按左下圖所示裝置進行實驗。（1）依據(jù)的實驗原理是_。小軍檢查裝置氣密性后，將盛有足量紅熱木炭的燃燒匙迅速伸入廣口瓶中，并把塞子塞緊，待紅熱的木炭熄滅并冷卻至室溫后，就打開彈簧夾，并未發(fā)現(xiàn)倒吸現(xiàn)象。經過認真分析，小軍發(fā)現(xiàn)實驗失敗的原因是（答一條）_（2）小軍反思上述實驗的探究過程后認為：用燃燒法測定空氣中氧氣含量的實驗時，在 藥品的選擇和生成物的要求上應考慮是（答一條）_。解析  探究空氣中氧氣含量的實驗原理是：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（如紅磷，白磷等），利用過量的該物質將空氣中的氧氣完全消耗，生成新的固體物質，使密閉容器內氣體積減小

23、（減小的體積即為氧氣的體積），氣體的壓強減小，引起水面變化，從而確定空氣中氧氣的體積分數(shù)。在探究空氣中氧氣含量的實驗中，選擇不同的藥品會出現(xiàn)截然不同的現(xiàn)象。解此題的關鍵是判斷可然物在空氣中燃燒能否使密閉容器內氣體體積減小，氣體壓強變小。（1）木炭在空氣中燃燒過程中雖然消耗了氧氣，但同時生成了二氧化碳氣體，而生成二氧化碳氣體的體積會彌補所消耗的氧氣體積，反應前后廣口瓶內氣體壓強并無明顯的變化，因此燒杯中的水不會倒吸到廣口瓶內，造成實驗失敗。（2）探究空氣中氧氣含量的實驗，選擇藥品的條件是：藥品能在空氣中燃燒，燃燒時只消耗氧氣，不與空氣中的其他成分反應，藥品在空氣中燃燒后的生成物不是氣體(若生成物

24、為氣體，可將水換成易吸收該氣體的液體)。 答案   (1)木炭在空氣中燃燒消耗空氣中的氧氣；木炭在空氣中燃燒雖然消耗了空氣中的氧氣，但生成了二氧化碳氣體，致使廣口瓶內氣體壓強未減小。      （2）藥品要能在空氣中燃燒，燃燒時只消耗氧氣（或生成物不能是氣體） 二、實驗誤差分析型例2.  某班同學用右圖裝置測定空氣里氧氣的含量。先用彈簧夾夾住乳膠管。點燃紅磷伸   入瓶中并塞上瓶塞。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察 廣口瓶內水面變化情況。實驗完畢，甲同學的廣口瓶內水面上升

25、明顯小于瓶內空氣體積的1/5,乙同學的廣口瓶內水面上升顯大于瓶內空氣體積的1/5。下列對這兩種現(xiàn)象解釋合理的是（  ） 甲同學可能使用的紅磷量不足，瓶內氧氣沒有消耗完甲同學可能未塞緊瓶塞，紅磷熄滅冷卻時外界空氣進入瓶內乙同學可能沒夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時瓶內空氣受熱從導管逸出乙同學可能插入燃燒匙太慢，塞緊瓶塞之前，瓶內空氣受熱逸出A.只有           B.只有         C.只有

26、60;           D.解析  探究空氣中氧氣的含量的實驗誤差分析，要根據(jù)實驗原理進行推斷，關鍵看操作的結果是導致密閉體系內氣體的壓強變大還是減小。甲同學的實驗結果比實際偏低，原因可能有：（1）紅磷量不足，瓶內氧氣沒有耗完；（2）未塞緊瓶塞，外界空氣進入瓶內；（3）未冷卻到室溫就打開彈簧夾；乙同學的實驗結果比實際偏高，原因可能是廣口瓶內的部分空氣受熱逸出，致使廣口瓶內氣體的體積減小更多。答案：D 三、實驗裝置創(chuàng)新型例3.為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40 mL的試管作反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管口，通過導管與實際容積為60 mL且潤滑性很好的針筒注射器組成如右圖的實驗裝置。假設此實驗能按照小華的設想正常進行，且白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，請回答下列問題：   (（1)實驗前，打開彈簧夾，將注射器的活塞前沿從20 mL刻度處推至15mL刻度處，然后松手，若活塞仍能