專練04測定空氣中氧氣含量的探究-2020年中考化學實驗探究題提分專練（教師版含解析）

專練04測定空氣中氧氣含量的探究1．實驗創(chuàng)新是中學生最為重要的科學素養(yǎng)，如圖是某校師生測定空氣中氧氣含量的創(chuàng)新實驗。(已知白磷在40℃時即燃燒，其燃燒現(xiàn)象與產(chǎn)物與紅磷燃燒相同)【實驗步驟】(1)測量試管的容積。(2)檢查裝置的氣密性。(3)裝藥品，將注射器活塞調(diào)整到合適位置，連接好儀器。(4)用彈簧夾夾緊膠皮管，加熱粗銅絲，觀察現(xiàn)象。(5)燃燒結(jié)束后，打開彈簧夾，觀察注射器活塞的移動情況?！痉此冀涣鳌?1)測量試管容積的方法是。(2)若試管的容積為60mL，加熱前注射器活塞至少應調(diào)整到mL以上(填整數(shù))。(3)該實驗中利用銅絲加熱會不會影響測量結(jié)果？你的看法是?！敬鸢浮?1)把試管裝滿水，然后把水倒入量筒中測量；(2)12；(3)不會，盡管銅絲會消耗掉一定氧氣，但是實驗的目的就是為了消耗氧氣，并且生成物是非氣體物質(zhì)；【解析】(1)測量試管的容積時，可以先裝滿水，然后將水倒入量筒中進行測量；但是白磷在燃燒過程中會放出熱量導致氣體的體積膨脹，所以至少要放在12ml處；(3)實驗中利用銅絲加熱，不會影響測量結(jié)果，盡管銅絲會消耗掉一定氧氣，但是實驗的目的就是為了消耗氧氣，并且生成物是非氣體物質(zhì)；2．小科同學利用長柄W形玻璃管，完成了燃燒條件的探究與空氣中氧氣含量的粗略測定兩個實驗。在如圖所示裝置(省略夾持儀器，下同)中，向W形玻璃管中放入足量紅磷和白磷，塞好橡皮塞，關閉活塞。然后將其放入80℃的熱水中，觀察到紅磷不燃燒而白磷燃燒。(一)燃燒條件的探究(1)通過實驗現(xiàn)象說明可燃物燃燒應具備的條件是(2)上述實驗利用長柄玻璃管的優(yōu)點是(寫出一條)(二)空氣中氧氣含量的粗略測定：將剛才關閉的活塞打開，燒杯中的水進入封閉的長柄W形玻璃管。(3)若燒杯中原有水a(chǎn)毫升，最終剩余的水為b毫升，長柄W形玻璃管的容積為c毫升，則測定的空氣中氧氣體積比例為(用字母表示)(4)若本實驗測定的空氣中氧氣含量偏低，則可能的原因是(寫出一條)【答案】(一)(1)可燃物的溫度必須達到著火點；(2)增大了玻璃管的容積，防止白磷燃燒放熱，造成玻璃管內(nèi)氣體急劇膨脹而發(fā)生爆炸；(二)(3)；(3)裝置的氣密性差或白磷量不足或沒等到裝置冷卻就打開活塞?！窘馕觥?一)(1)將紅磷和白磷塞好后放入80℃的熱水中，觀察到紅磷不燃燒而白磷燃燒，說明溫度達到了白磷的著火點而沒有達到紅磷的著火點，可燃物發(fā)生燃燒必須具備兩個條件，與氧氣接觸；溫度達到可燃物的著火點；故填：可燃物的溫度必須達到著火點；(2)增大了玻璃管的容積，防止白磷燃燒放熱，造成玻璃管內(nèi)氣體急劇膨脹而發(fā)生爆炸；故填：增大了玻璃管的容積，防止白磷燃燒放熱，造成玻璃管內(nèi)氣體急劇膨脹而發(fā)生爆炸；(二)(3)(a﹣b)毫升為玻璃管內(nèi)氧氣的體積，故則測定的空氣中氧氣體積比例為＝；故填：；(3)若本實驗測定的空氣中氧氣含量偏低，則可能的原因是裝置的氣密性差或白磷量不足或沒等到裝置冷卻就打開活塞等。故填：裝置的氣密性差或白磷量不足或沒等到裝置冷卻就打開活塞。3．以下四個實驗裝置，可用于“測定空氣中氧氣的含量”。請認真分析，回答下列問題。(1)拉瓦錫用裝置(填寫字母)定量研究了空氣的成分，在密閉容器中，空氣中的氧氣與反應，生成固態(tài)物質(zhì)。人們沿著科學家的足跡，對反應物進行了優(yōu)化，分別用銅粉、紅磷等進行實驗，其原理都是采用(填“物理”或“化學”)方法，從混合氣體中除去某種氣體，從而達到物質(zhì)的分離。(2)實驗過程中，需要不斷推拉注射器活塞的裝置是(填寫字母)，利用此裝置進行實驗，可能造成實驗誤差的因素是(答一條)。(3)裝置C、D的實驗都用到了紅磷，寫出反應的化學方程式；反應結(jié)束后，待裝置冷卻至室溫，打開彈簧夾，裝置D中(試管容積為40mL)，注射器活塞從10mL刻度處緩慢移動至mL刻度處停止(誤差忽略不計)?！敬鸢浮?1)A；汞；化學。(2)B；反應前后氣球的體積不相等。(3)4P+5O22P2O5；2。【解析】(1)拉瓦錫用裝置A定量研究了空氣的成分，在密閉容器中，空氣中的氧氣與汞反應，生成固態(tài)物質(zhì)；分別用銅粉、紅磷等進行實驗，其原理都是采用化學方法，從混合氣體中除去某種氣體，從而達到物質(zhì)的分離。故填：A；汞；化學。(2)實驗過程中，需要不斷推拉注射器活塞的裝置是B，能使裝置中的氧氣充分反應，利用此裝置進行實驗，可能造成實驗誤差的因素是反應前后氣球的體積不相等。故填：B；反應前后氣球的體積不相等。(3)裝置C、D的實驗都用到了紅磷，紅磷燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式：4P+5O22P2O5；注射器活塞從10mL刻度處緩慢移動至：10mL﹣40mL×＝2mL刻度處停止。故填：4P+5O22P2O5；2。4．空氣中氧氣含量測定的再認識?！窘?jīng)典賞析】教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分(實驗裝置如圖1)。該實驗中選擇使用汞的優(yōu)點有。A．實驗過程中沒有污染B．在汞槽中起到液封作用C．生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣D．能將密閉裝置內(nèi)空氣中的氧氣幾乎耗盡【實驗回顧】實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量(裝置如圖2)，寫出紅磷燃燒的化學方程式。興趣小組用該方法測出的氧氣含量常常遠低于21%?！咎岢鰡栴}】用紅磷燃燒的方法為什么不能準確地測定空氣中氧氣的含量？【進行猜想】(1)裝置漏氣；(2)裝置內(nèi)氧氣有剩余；…【實驗與交流】在老師的指導下，小明分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內(nèi)氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，請從燃燒條件的角度回答產(chǎn)生上述結(jié)果的主要原因。【實驗探究1】小明根據(jù)鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量，于是進行了實驗(裝置如圖3)通過7天測得的數(shù)據(jù)計算空氣中氧氣的含量為19.13%?！窘涣髋c反思】與用紅磷燃燒的方法相比，用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點及原因：?！緦嶒炋骄?】為了加快反應速率，小明通過查閱資料，利用鐵粉、炭粉、氯化鈉等物質(zhì)又進行了實驗(裝置如圖4)，8分鐘后測得的數(shù)據(jù)如表：實驗前的體積實驗后的體積集氣瓶內(nèi)空氣燒杯內(nèi)蒸餾水燒杯內(nèi)剩余蒸餾水131mL90.0mL63.6mL請計算出空氣中氧氣含量(計算結(jié)果保留一位小數(shù))【結(jié)論與反思】通過上述實驗探究，選擇(填物質(zhì)名稱)進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差。【拓展延伸】銅也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹蝕，生成銅綠[銅綠的主要成分為Cu2(OH)2CO3]，若將圖3裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗，請判斷能否比較準確地測定空氣中氧氣的含量，并說明理由。?！敬鸢浮俊窘?jīng)典賞析】BCD?！緦嶒灮仡櫋?P+5O22P2O5；【進行猜想】紅磷不足；【實驗與交流】白磷的著火點比紅磷的著火點低；【交流與反思】裝置內(nèi)殘留的氧氣更少，實驗結(jié)果更準確；【實驗探究2】20.2%；【結(jié)論與反思】鐵粉、炭粉、氯化鈉和蒸餾水；【拓展延伸】不能；因為空氣中二氧化碳含量約只有0.03%，銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡?！窘馕觥俊窘?jīng)典賞析】教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分(實驗裝置如圖1)。該實驗中選擇使用汞的優(yōu)點有在汞槽中起到液封作用；生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣；能將密閉裝置內(nèi)空氣中的氧氣集合耗盡，故選BCD；【實驗回顧】磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：4P+5O22P2O5；【進行猜想】實驗中所取的紅磷不足(或?qū)嶒炃皼]有夾彈簧夾、實驗裝置可能未冷卻就打開彈簧夾等)；【實驗與交流】小明分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內(nèi)氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，請從燃燒條件的角度回答產(chǎn)生上述結(jié)果的主要原因白磷的著火點比紅磷的著火點低；【交流與反思】鐵絲在水、氧氣的條件下很容易生銹，與用紅磷燃燒的方法相比，用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點及原因：裝置內(nèi)殘留的氧氣更少，實驗結(jié)果更準確；【實驗探究2】燒杯內(nèi)蒸餾水減少的體積為氧氣的體積＝90mL﹣63.6mL＝26.4mL空氣中氧氣含量＝×100%≈20.2%【結(jié)論與反思】通過上述實驗探究，選擇鐵粉、炭粉、氯化鈉和蒸餾水或白磷等物質(zhì)進行實驗，可較為快速地完成實驗并減小實驗誤差?！就卣寡由臁裤~也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹蝕，生成銅綠[銅綠的主要成分為Cu2(OH)2CO3]，若將圖3裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗，不能比較準確地測定空氣中氧氣的含量，因為空氣中二氧化碳含量約只有0.03%，銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡。5．化學興趣小組對空氣中氧氣含量的測定進行了如下實驗探究。將數(shù)顯設備、三種傳感器(氣體壓強、溫度、氧氣濃度)和其它裝置按圖1連接，裝置氣密性良好。實驗開始，打開并調(diào)試好傳感器和數(shù)顯設備，用酒精燈將足量紅磷點燃，立即將燃燒匙伸入瓶中并塞緊橡皮塞。各傳感器測得的數(shù)據(jù)如圖2所示，橫坐標為時間，縱坐標表示該段時間內(nèi)氣體壓強、溫度、氧氣濃度對應的變化情況。(1)寫出紅磷燃燒的化學方程式：。(2)根據(jù)圖2中壓強變化曲線，bc段壓強升高的原因是。實驗結(jié)束打開活塞的過程中，壓強曲線中對應的線段是。(3)圖2中X曲線表示的是(填“溫度”或“氧氣濃度”)變化情況。(4)實驗結(jié)束測得裝置內(nèi)氧氣濃度為8.85%后改用足量白磷實驗測得氧氣濃度為3.21%①白磷燃燒的微觀圖示如圖3，寫出白磷燃燒的化學方程式：。②采用教材裝置測定空氣中氧氣含量時，改用白磷能使測定結(jié)果較準確的原因是。③根據(jù)實驗結(jié)果，你對燃燒條件的新認識是。【答案】(1)4P+5O22P2O5；(2)紅磷燃燒放熱，使裝置內(nèi)氣體受熱膨脹，壓強變大；de；(3)溫度；(4)①P4+5O2P4O10；②足量的白磷燃燒消耗的氧氣的更多；③不同物質(zhì)燃燒需要氧氣的最低濃度不同?！窘馕觥?1)磷與氧氣在點燃的條件下反應生成五氧化二磷；故填：4P+5O22P2O5；(2)紅磷燃燒放熱，使裝置內(nèi)氣體受熱膨脹，壓強變大，所以bc段壓強升高；由于紅磷燃燒消耗了氧氣造成裝置內(nèi)的壓強減小，但實驗結(jié)束打開活塞的過程中，壓強又變大，恢復到反應前的壓強；故填：紅磷燃燒放熱，使裝置內(nèi)氣體受熱膨脹，壓強變大；de；(3)圖2中X曲線隨著反應的進行慢慢變大，反應結(jié)束后，又慢慢變小，最后恢復至反應前的水平，所以這條曲線表示的是溫度；若是氧氣的濃度就會越來越小；故填：溫度；(4)①由微觀反應示意圖可知，白磷的化學式為P4，白磷與氧氣在點燃的條件下反應生成十氧化四磷；故填：P4+5O2P4O10；②足量的白磷燃燒消耗的氧氣的更多，所以采用教材裝置測定空氣中氧氣含量時，改用白磷能使測定結(jié)果較準確；故填：足量的白磷燃燒消耗的氧氣的更多；③由實驗可知不同物質(zhì)燃燒需要氧氣的最低濃度不同；故填：不同物質(zhì)燃燒需要氧氣的最低濃度不同。6．某興趣小組開展“測定密閉容器中某種氣體的體積分數(shù)”的探究實驗?！緦嶒?】按圖1所示裝置，用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的體積分數(shù)。【實驗2】按圖2所示裝置，在集氣瓶內(nèi)壁用水均勻涂附鐵粉除氧劑(其中輔助成分不干擾實驗)，利用鐵銹蝕原理測定空氣中氧氣的體積分數(shù)。(1)實驗1中，紅磷燃燒的主要現(xiàn)象是。紅磷熄滅后，集氣瓶冷卻至室溫，打開K，水能倒吸入集氣瓶的原因是。(2)為提高實驗的準確性，以上兩個實驗都需要注意的事項是(寫一點)。(3)實驗過程中，連接數(shù)字傳感器，測得實驗1、實驗2中氧氣的體積分數(shù)隨時間變化的關系分別如圖3、圖4所示。依據(jù)圖3，圖4信息，(填“實驗1”或“實驗2”)的測定方法更準確，判斷依據(jù)是。(4)結(jié)合你的學習經(jīng)驗，若要尋找紅磷或鐵粉除氧劑的替代物，用圖1或圖2裝置測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，該替代物應滿足的條件是(寫兩點)?！緦嶒?】測定用排空氣法收集到的集氣瓶中二氧化碳的體積分數(shù)。(5)甲同學設計圖5所示裝置進行測定。濃NaOH溶液的作用是(用化學方程式表示)。(6)乙同學提出，僅利用圖6所示裝置，在不添加其他試劑的前提下，也能測得集氣瓶中二氧化碳的體積分數(shù)。為達到實驗目的，操作方法是?！敬鸢浮?1)產(chǎn)生了大量的白煙；氧氣被消耗，集氣瓶內(nèi)氣體壓強小于大氣壓。(2)裝置的氣密性要良好。(3)實驗2；反應后，實驗1集氣瓶內(nèi)剩余氧氣的體積分是8.6%，實驗2集氣瓶內(nèi)氧氣幾乎要耗盡。(4)能夠和氧氣反應，生成物不是氣體；(5)2NaOH+CO2＝Na2CO3+H2O；(6)用冰水冷卻集氣瓶，打開K?！窘馕觥?1)實驗1中，紅磷燃燒的主要現(xiàn)象是：產(chǎn)生了大量的白煙等。紅磷熄滅后，集氣瓶冷卻至室溫，打開K，水能倒吸入集氣瓶的原因是：氧氣被消耗，集氣瓶內(nèi)氣體壓強小于大氣壓。(2)為提高實驗的準確性，以上兩個實驗都需要注意的事項是裝置的氣密性要良好等。(3)實驗過程中，連接數(shù)字傳感器，測得實驗1、實驗2中氧氣的體積分數(shù)隨時間變化的關系分別如圖3、圖4所示。依據(jù)圖3，圖4信息可知，實驗2測定方法更準確，判斷依據(jù)是：反應后，實驗1集氣瓶內(nèi)剩余氧氣的體積分是8.6%，實驗2集氣瓶內(nèi)氧氣幾乎要耗盡。(4)用圖1或圖2裝置測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，該替代物應滿足的條件是能夠和氧氣反應，生成物不是氣體；(5)二氧化碳與氫氧化鈉反應生成了碳酸鈉和水，化學方程式是：2NaOH+CO2＝Na2CO3+H2O；(6)由于密封裝置內(nèi)氣體的壓強隨溫度的降低而減小，為達到實驗目的，操作方法是用冰水冷卻集氣瓶，打開K，瓶內(nèi)為溫度降低，壓強減小，氫氧化鈉溶液被吸入，吸收了二氧化碳，可以測定出集氣瓶中二氧化碳的體積分數(shù)。7．空氣中氧氣含量測定的再認識。【實驗回顧】圖1是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。(1)寫出紅磷燃燒的化學方程式。(2)實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量。(3)①上面的實驗同時證明了氮氣有的化學性質(zhì)；②實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到集氣瓶中原空氣體積的，你認為導致這一結(jié)果的原因可能是(寫一條)③上述實驗中紅磷不能用木炭代替，原因是；【問題提出】有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數(shù)低于7%時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實驗，測置結(jié)果與理論值誤差較大。【實驗改進】Ⅰ．根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理(鐵與空氣中的氧氣、水蒸氣等發(fā)生化學反應的過程)設計圖2實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量。裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹。Ⅱ．測得實驗數(shù)據(jù)如表測量項目實驗前實驗后燒杯中水的體積燒杯中剩余水的體積集氣瓶(扣除內(nèi)容物)和導管的容積體積/ml80.054.5126.0【表達交流】(1)鐵生銹過程發(fā)生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe(OH)2]，寫出該反應的化學方程式。(2)根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是(計算結(jié)果精確到0.1%)。(3)從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確度更髙的原因：(寫出其中一個原因)①；②。【實驗回顧】(1)4P+5O22P2O5；(2)氣壓；(3)①不能支持燃燒，且不和磷反應；②紅磷的量不足；或裝置氣密性不好；或裝置未冷卻到室溫就打開彈簧夾；③木炭燃燒生成的二氧化碳與消耗的氧氣體積相等，實驗前后集氣瓶內(nèi)壓強不變，故不能用木炭代替紅磷；【交流表達】(1)2Fe+2H2O+O2＝2Fe(OH)2；(2)20.2%；(3)①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確；②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確；③能把氧氣全部消耗盡；④不會因氧氣含量減少而致反應中途停止；⑤反應在常溫下進行，反應過程中不會因需要點燃而拆開裝置，導致實驗誤差。【解析】【實驗回顧】(1)紅磷在空氣中燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：4P+5O22P2O5．故答案為：4P+5O22P2O5；(2)紅磷燃燒消耗氧氣，使瓶內(nèi)的氣壓變小，水倒吸，故填：氣壓；(3)①紅磷沒有充分燃燒，反應后剩余，可以判斷氮氣不能支持燃燒，且不和磷反應。故答案為：不能支持燃燒，且不和磷反應；②要考慮藥品的量可能不足造成沒有將氧氣完全消耗，同時要考慮裝置在藥品的量足夠的情況下因為氣密性不好，導致液體不能等體積進入而引起結(jié)果偏低。故答案為：紅磷的量不足；或裝置氣密性不好；或裝置未冷卻到室溫就打開彈簧夾；③因為木炭燃燒生成二氧化碳氣體，集氣瓶內(nèi)的氣體沒有減少，不能測定空氣中氧氣的含量，所以實驗中不能用木炭代替紅磷。故填：木炭燃燒生成的二氧化碳與消耗的氧氣體積相等，實驗前后集氣瓶內(nèi)壓強不變，故不能用木炭代替紅磷；【交流表達】(1)鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe(OH)2]，故填：2Fe+2H2O+O2＝2Fe(OH)2；(2)根據(jù)反應前后燒杯內(nèi)水的體積變化可以看出，消耗的氧氣的體積是：80﹣54.5＝25.5mL，故氧氣的體積分數(shù)為：×100%，故填：20.2%；(3)使用鐵的緩慢氧化消耗氧氣，使氧氣消耗的更為徹底，實驗結(jié)果更準確，測量時考慮導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶的體積，使實驗結(jié)果更為準確，故填：①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確；②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確；③能把氧氣全部消耗盡；④不會因氧氣含量減少而致反應中途停止；⑤反應在常溫下進行，反應過程中不會因需要點燃而拆開裝置，導致實驗誤差。8．科學課本上用圖甲的裝置來測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，而小明通過査詢資料對該實驗進行改進，利用四硫化鈉(Na2S4)固體替代紅磷進行實驗，其反應原理為2Na2S4+O2+2H2O＝8S↓+4NaOH實驗步驟：①將足量的四硫化鈉(Na2S4)固體置于試管中，加入適量的水并迅速塞緊橡膠塞，再充分振蕩。②測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數(shù)據(jù)h1(如圖乙所示)?③將該試管插入水中(如圖丙所示)，取下橡膠塞，觀察到試管內(nèi)液面上升。④當管內(nèi)液面穩(wěn)定時塞緊橡膠塞，將試管取出倒轉(zhuǎn)過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離(如圖丁所示)記錄數(shù)據(jù)h2。⑤按照①～③再重復實驗兩次。3次實驗數(shù)據(jù)如下表所示：第1次第2次第3次h1/厘米11.011.411.6h2/厘米8.79.19.2(1)步驟①中進行充分振蕩的目的是；(2)計算第3次實驗空氣中氧氣的體積分數(shù)約為(結(jié)果精確到0.1%)；(3)小明設計的實驗與課本上的實驗相比，有什么優(yōu)點。(寫出一點即可)(4)同學們分析了小明的實驗方案后，認為步驟④中塞緊橡膠塞的時機對測量結(jié)果有影響，請問何時塞橡膠塞測量結(jié)果最準確？?！敬鸢浮?1)為了使氧氣充分反應；(2)20.7%；(3)不需要加熱，節(jié)約能源或操作簡便等；(4)上下移動試管(管口始終在液面下)，使試管內(nèi)液面與水槽液面相平后，再塞橡膠塞，測量結(jié)果最準確；【解析】(1)步驟①中進行充分振蕩的目的是：為了使氧氣充分反應；故答案為：為了使氧氣充分反應；(2)第3次實驗空氣中氧氣的體積分數(shù)＝；故答案為：20.7%；(3)小明設計的實驗與課本上的實驗相比，優(yōu)點是：不需要加熱，節(jié)約能源；操作簡便等；故答案為：不需要加熱，節(jié)約能源或操作簡便等；(4)塞橡膠塞測量結(jié)果最準確的是：上下移動試管(管口始終在液面下)，使試管內(nèi)液面與水槽液面相平后，再塞橡膠塞，測量結(jié)果最準確；故答案為：上下移動試管(管口始終在液面下)，使試管內(nèi)液面與水槽液面相平后，再塞橡膠塞，測量結(jié)果最準確；9．空氣中氧氣含量測定的再認識。(一)某化學實驗小組點燃紅磷，并用氧傳感器測定空氣中的氧氣含量并采集數(shù)據(jù)如圖1．(1)紅磷在瓶中燃燒產(chǎn)生的現(xiàn)象是，紅磷燃燒的化學方程式是。(2)開始時氧氣的含量持續(xù)下降，一方面是氧氣被消耗，另一方面是生成物大量和氧傳感器接觸，但在110s時氧氣的含量又有所上升，其可能原因是。(3)從以上數(shù)據(jù)分析最終集氣瓶中的氧氣是否完全消耗。(二)針對以上實驗測定結(jié)果實驗小組同學對該實驗做了以下兩種改進：Ⅰ．根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設計圖2實驗裝置，測定空氣中氧氣含量。查資料：裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹。測得實驗數(shù)據(jù)如下表：測量項目實驗前實驗后(冷卻到室溫后)燒杯中水的體積燒杯中剩余水的體積集氣瓶(扣除內(nèi)容物)的容積導管的容積體積/mL80.054.5120.06.0(1)鐵生銹過程發(fā)生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵[Fe(OH)2]，寫出該反應的化學方程式；該反應的基本類型是。(2)根據(jù)上表數(shù)據(jù)計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是%(結(jié)果精確到0.1%)。(3)從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確度更髙的原因是：①；②。Ⅱ．將足量白磷放在集氣瓶中，白磷能發(fā)生緩慢氧化從而消耗氧氣，并用壓強傳感器測定瓶中壓強的變化，根據(jù)壓強的變化來計算空氣中氧氣的含量，實驗裝置及數(shù)據(jù)采集如圖3。(1)在開始200s壓強增大，增大的原因是。(2)用上圖所示數(shù)據(jù)計算用這種方法測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是%(結(jié)果精確到0.1%)。(三)結(jié)論：測定空氣中氧氣含量用燃燒法測定結(jié)果誤差較大，用緩慢氧化誤差較小?！敬鸢浮?一)(1)發(fā)出黃白色火焰，放出熱量，并有大量白煙生成；4P+2O22P2O5。(2)氧氣密度大于空氣，沉積在底部，傳感器測量點在頂部，當反應后底部氧氣擴散到上部，濃度增加。(3)不能完全被消耗。(二)Ⅰ．(1)2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2，化合反應(2)20.2%。(3)①反應全部在密閉裝置內(nèi)進行，避免紅磷先要在外部點燃在深入集氣瓶內(nèi)造成空氣外逸，引起實驗誤；②避免反應放熱引起的熱脹冷縮①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確。②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確Ⅱ．(1)白磷與氧氣反應放出熱量，內(nèi)部溫度升高，壓強增大。(2)19.7%【解析】(一)(1)紅磷在空氣燃燒時發(fā)出黃白色火焰，放出熱量，并有大量白煙生成，白煙為五氧化二磷；故答：發(fā)出黃白色火焰，放出熱量，并有大量白煙生成；4P+2O22P2O5。(2)氧氣密度比空氣大，底部氧氣沉積于底部，反應進行后，上部氧氣被消耗后，下部氧氣不斷運動到上部，氧氣濃度增加；故答：氧氣密度大于空氣，沉積在底部，傳感器測量點在頂部，當反應后底部氧氣擴散到上部，濃度增加。(3)由數(shù)據(jù)可以看出氧氣含量為8.85%，所以還有剩余，沒有被消耗完畢；故答：不能完全被消耗。(二)Ⅰ．(1)反應物為鐵氧氣水，生成了氫氧化亞鐵，為多種物質(zhì)生成一種的反應，符合化合反應特點；故答：2Fe+O2+2H2O＝2Fe(OH)2，化合反應(2)反應前后燒杯內(nèi)減少水的體積為氧氣體積＝80mL﹣54.5mL＝25.5mL，內(nèi)部空氣總體積＝120mL+6mL＝126mL，氧氣體積分數(shù)＝故答：20.2%。(3)反應直接在裝置內(nèi)進行，不需要在外部點燃在放入，避免內(nèi)部空氣的逸出，另外此反應不存在劇烈放熱情況，不會引起熱脹冷縮，導致實驗誤差；故答：①反應全部在密閉裝置內(nèi)進行，避免紅磷先要在外部點燃在深入集氣瓶內(nèi)造成空氣外逸，引起實驗誤；②避免反應放熱引起的熱脹冷縮①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，使實驗結(jié)果更準確。②測量時考慮到導管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，使實驗結(jié)果更準確Ⅱ．(1)白磷氧化過程放出熱量，引起內(nèi)部溫度升高，壓強增大；故答：白磷與氧氣反應放出熱量，內(nèi)部溫度升高，壓強增大。(2)反應前后壓強變化＝101.30KPa﹣81.38KPa＝19.92KPa，氧氣體積分數(shù)＝；故答：19.7%10．某課外活動小組按照課本的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數(shù)”實驗(圖1)，但測出的氧氣體積分數(shù)明顯偏小。請你參與探究：【提出問題】造成誤差的原因是什么？如何改進課本實驗裝置？【查閱資料】①顏色、狀態(tài)熔點/℃燃燒所需最低溫度/℃密度/g?cm﹣3紅磷暗紅色固體5902402.34白磷白色固體44.1401.82②二氧化碳氣體極易被濃氫氧化鈉溶液吸收。③在加熱的條件下銅粉能與氧氣反應生成黑色的氧化銅固體?！静孪搿考淄瑢W：可能是導管內(nèi)原存有空氣，后來留有吸入的水，影響實驗的準確性。乙同學：可能是瓶內(nèi)殘留氣體中還有氧氣的緣故；你還能做的猜想是(寫1點即可)?！窘涣髋c討論】(1)空氣中的氧氣約占總體積的。寫出圖1中集氣瓶中發(fā)生反應的化學方程式。(2)丙同學認為用木炭代替紅磷也能完成圖1的實驗，但要先在集氣瓶中放入一定量的。(3)他們對圖1實驗裝置進行了如圖2的改進。①圖2中把紅磷更換為白磷，理由是；②通過粗銅絲來點燃玻璃管內(nèi)的白磷，利用了金屬銅的性；③與圖1實驗裝置相比，圖2裝置的一個優(yōu)點是?！咎骄颗c反思】(4)為驗證乙同學的猜想，將銅粉在殘余氣體中加熱，觀察到銅粉變黑，所以乙同學的猜想(選填“合理”或“不合理”)。(5)大家采用圖2進行實驗(左邊玻璃管上面的空氣平均分成了5等份，并標刻度線)，待玻璃管冷卻、管內(nèi)白色的煙消失，同時能觀察到，得到了較準確的數(shù)據(jù)，但又意外發(fā)現(xiàn)左玻璃管內(nèi)壁上端附著白色固體。左玻璃管上端的白色固體主要成分可能是?！敬鸢浮俊静孪搿考瘹馄课蠢鋮s至室溫就打開了彈簧夾；【交流與討論】(1)21%，4P+5O22P2O5；(2)氫氧化鈉溶液；(3)①白磷的著火點低，可以較容易的發(fā)生燃燒；②導熱；③在密閉的環(huán)境中進行反應，能夠減少實驗誤差；【探究與反思】(4)合理；(5)左邊玻璃管中水上升到1刻度線；白磷?！窘馕觥俊窘馕觥俊静孪搿考瘹馄课蠢鋮s至室溫就打開了彈簧夾也會導致測量結(jié)果偏小，所以我們可以提出的猜想為：裝置漏氣；集氣瓶未冷卻至室溫就打開了彈簧夾；紅磷不足等；【交流與討論】(1)按照體積計算空氣中氧氣約占21%；紅磷燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式是：4P+5O22P2O5。(2)木炭可以和氧氣反應生成二氧化碳氣體，不能產(chǎn)生壓強差，所以水不能進入廣口瓶中而不能測定出空氣中氧氣的含量；二氧化碳可以和氫氧化鈉溶液反應，故事先要在集氣瓶中放入一定量的氫氧化鈉溶液；(3)①白磷的著火點低，可以較容易的發(fā)生燃燒；②銅具有較好的導熱性，所以本實驗中是利用了銅的導熱性；③分析圖2中的裝置環(huán)保，生成的五氧化二磷有毒，不污染空氣；測量所得數(shù)據(jù)比較準確；所用試劑量少，節(jié)約藥品等；【探究與反思】(4)銅粉可以和氧氣反應生成黑色的氧化銅固體，所以若觀察到銅粉變黑則說明裝置殘留有氧氣，即乙同學的猜想合理；(5)左邊玻璃管中水上升到1刻度線，根據(jù)【查閱資料】可以知道，白磷為白色或黃色固體，所以左玻璃管上端的黃色固體主要成分可能是白磷固體受熱蒸發(fā)后的附著在玻璃管上的；練習題1．在“空氣中氧氣含量的測定”實驗探究中，甲生設計了如下實驗方案：在燃燒匙內(nèi)盛過量紅磷，點燃后立即插入集氣瓶內(nèi)，塞緊橡皮塞，待紅磷火焰熄滅，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾，水注入集氣瓶。（實驗裝置如圖1所示）回答下列問題：（1）實驗過程中，觀察到的主要現(xiàn)象是，。反應的化學方程式是。（2）乙生用上述實驗裝置測定的結(jié)果是：空氣中氧氣含量與正常值有較明顯的偏差，其操作上的原因可能是（要求答出兩種）：，。（3）丙生也設計了一個實驗方案，裝置和操作同上，只不過用木炭代替了紅磷。當木炭停止燃燒，集氣瓶冷卻至室溫，打開鐵夾后，水能否進入集氣瓶？為什么？。（4）若仍然用木炭代替紅磷，丙生的實驗方案應作何改進，才能保證實驗成功？（只需答出實驗方案中須改進的地方）。2．某研究性學習小組設計了如圖2所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數(shù)，其中A是底面積為50cm3、高20cm的圓筒狀玻璃容器(帶密封蓋)，上面標有以cm為單位的刻度。B是帶刻度的敞口玻璃管(其他輔助裝置略)。他們的操作過程如下：a．檢查裝置的氣密性；b．加入水并調(diào)整B的高度．使A中的液面至刻度15cm處；c．將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上。蓋緊密封蓋；d．通電加熱銅粉，待充分反應后．冷卻到原來的狀況，調(diào)整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，記錄液面刻度。(注：A容器內(nèi)固態(tài)物質(zhì)所占的體積忽略不計)(1)在操作a中檢查裝置氣密性的方法是_____________________________。(2)在上述實驗中，下列物質(zhì)不能代替銅粉的是____________(填字母)。A．紅磷B．木炭C．鐵粉(3)往操作d結(jié)束時，裝置A中液面的刻度約為___________cm(填整數(shù))。如果在操作d結(jié)束時，裝置A中液面刻度在11cm處．則實驗結(jié)果比理論值_________(填“偏大”或“偏小”)。(4)該小組中有同學提出，用木炭代替銅粉也能測定空氣中氧氣的體積分數(shù)．只要將水換成一種溶液，則該溶液是_____________，其原因是(用化學方程式表示)____________________________。3．小明和小芳在討論“能否用蠟燭燃燒法來粗略測定空氣中氧氣的含量”這一問題時，小芳認為：通過右圖3裝置，用蠟燭燃燒法測得空氣中氧氣的含量會_________(填“偏高”、“偏低”或“不變”)。她根據(jù)蠟燭燃燒產(chǎn)物的特點闡述了自己的理由：____________________________________________________，并用圖3裝置進行實驗，證實了自己的結(jié)論。(注：本題實驗中裝置的氣密性良好，水槽中的液體是水)小明認真分析了小芳的實驗結(jié)果后，進行了如下探究：[提出問題]導致小芳這一實驗結(jié)果還有其它原因嗎?[實驗探究]小明設計了圖4裝置，進行以下操作：(1)取黃豆粒大小的白磷，用濾紙吸去表面的水份，放入捆在電烙鐵下面鐵片的凹槽內(nèi)；(2)將燃燒匙內(nèi)的蠟燭點燃后迅速插入鐘罩內(nèi)，并立即塞緊橡皮塞；(3)待蠟燭熄滅后(蠟燭有剩余)，接通電烙鐵電源，發(fā)現(xiàn)白磷先熔成液體，接著燃燒產(chǎn)生大量白煙，說明通電前鐘罩內(nèi)含有_________，產(chǎn)生白煙的化學反應方程式是______________________。[得出結(jié)論]導致小芳這一實驗結(jié)果的另一原因是____________________________________。4．用來測定空氣成分的方法很多，圖5所示的是小明用紅磷在空氣中燃燒的測定方法。實驗過程：第一步：將集氣瓶容積劃分為五等份，并做好標記。塞緊。第三步：待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，發(fā)現(xiàn)水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶總?cè)莘e的1/5。請回答下列問題：（1）上面的實驗同時證明了氮氣有的化學性質(zhì)。（2）實驗完畢，若進入集氣瓶中水的體積不到總?cè)莘e的1/5，你認為導致這一結(jié)果的原因可能是。（3）某同學對實驗進行反思后，提出了改進方法（如圖6所示），你認為改進后的優(yōu)點是：。5．某校化學興趣小組就空氣中氧氣的含量進行實驗探究：[集體討論]（1）討論后同學們認為，選擇的藥品既要能消耗氧氣，又不會跟空氣中的其它成分反應，而且生成物為固體。他們應該選擇（填編號），A．蠟燭B．紅磷C．硫粉為了充分消耗容器中的氧氣，藥品的用量應保證。（2）小組同學共同設計了如右圖的兩套裝置，你認為合理的是（填編號）。為了確保實驗的成功，在裝藥品之前應該。[分組實驗]在討論的基礎上，他們分組進行了實驗。[數(shù)據(jù)分析]實驗結(jié)束后，整理數(shù)據(jù)如下：（注：集氣瓶容積為100mL）（3）通過對實驗結(jié)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(zhì)是。[實驗拓展]（4）小組的同學做完實驗后又嘗試用木炭重新做了以上實驗，發(fā)現(xiàn)水幾乎沒有進入集氣瓶。經(jīng)討論，同學們一致認為如果事先在集氣瓶內(nèi)注入少量溶液來吸收氣體，實驗也能取得較好的效果。6．請按圖8給出的條件進行實驗，你能觀察到什么現(xiàn)象，為什么？（提示：某些非金屬氧化物能和水反應生成酸，如：CO2+H2O=H2CO3）。7．圖9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：實驗目的實驗現(xiàn)象實驗結(jié)論測定空氣中______的體積分數(shù)白磷著火燃燒，活塞先右移，后左移，最后停在刻度約為_______（填整數(shù)）的位置上?？諝獾某煞职大w積計算，________約占21%8．某化學興趣小組對教材中“測定空氣里氧氣含量”的實驗（見圖11）進行了大膽改進，設計圖12）（選用容積為45mL的18×180mm的試管作反應容器）實驗方案進行，收到了良好的效果。請你對比分析下面圖11、圖12實驗，回答下列有關問題：（1）指出實驗中A、B儀器的名稱：A______________、B________________。（2）圖11實驗中發(fā)生反應的化學方程式為__________________________________________________。（3）圖12實驗的操作步驟如下：①點燃酒精燈。②撤去酒精燈，待試管冷卻后松開彈簧夾。③將少量紅磷平裝入試管中，將20mL的注射器活塞置于10mL刻度處，并按圖12中所示的連接方式固定好，再將彈簧夾緊橡皮管。④讀取注射器活塞的數(shù)據(jù)。你認為正確的實驗操作順序是__________________________________________________（填序號）。（4）圖12實驗中，注射器活塞將從10mL刻度處慢慢前移到約為__________________mL刻度處才停止。（5）對照圖12實驗，你認為圖11實驗有何不足之處？（回答一點即可）_____________________________。9．某校研究性學習小組用圖13裝置進行鎂條在空氣中燃燒的實驗，燃燒、冷卻后打開止水夾，進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶容積的70％。(1)右圖中A儀器的名稱是______，燃燒、冷卻后打開止水夾，水能進入集氣瓶中的原因是：_________________。(2)如果鎂條只和空氣中的氧氣反應，則進入集氣瓶中水的體積最多不超過其容積的______％。現(xiàn)進入集氣瓶中水的體積約為其容積的70％，根據(jù)空氣的組成可推出減少的氣體中有氮氣。【發(fā)現(xiàn)問題】氮氣是怎么減少的呢?【假設一】氮氣與鎂條反應而減少。【假設二】___________________________________________________?！静殚嗁Y料】鎂條在氮氣中能燃燒，產(chǎn)物為氮化鎂(Mg3N2)固體。氮化鎂中氮的化合價是_____。鎂條還可以在二氧化碳氣體中燃燒生成碳和氧化鎂，該反應的類型是______。(3)通過以上探究，你對燃燒的有關知識有了什么新的認識：(寫出一點即可)______________________________________________。10．用圖14所示裝置測定空氣中氧氣的含量。（1）實驗時，取下橡膠塞，點燃紅磷迅速伸入集氣瓶中并塞緊橡膠塞，這時看到的現(xiàn)象是_____________________________________。（2）小倩設計了如下圖15所示的改進裝置，其優(yōu)點是（只寫一點）。從理論上分析，玻璃管內(nèi)液面最終將上升至___處（填1、2、3、4），但實驗測結(jié)果液面往往偏低，其原因可能是___________________________。（只寫一條）11．根據(jù)空氣的成分填空，小蘭同學用圖16裝置進行實驗，結(jié)果發(fā)現(xiàn)測得的氧氣體積分數(shù)大于1／5，請你幫助她分析造成這種結(jié)果的可能原因是：___________________________。12．某興趣小組查閱資料得知鎂可在氮氣中燃燒生成Mg3N2，設計了如下方案進行驗證。步驟1：用盛水的水槽、無底的廢廣口瓶、燃燒匙、蒸發(fā)皿、橡皮塞等裝配成如圖所示的裝置。另準備一只有一根銅絲穿過的橡皮塞，銅絲末端固定一根鎂條。步驟2：引燃燃燒匙中足量的紅磷，塞好橡皮塞。待充分冷卻，觀察到廣口瓶內(nèi)水面上升的體積約占瓶內(nèi)水面原上方空間的1／5左右。步驟3：往水槽中加水使廣口瓶內(nèi)外水面相平。點燃鎂條，更換橡皮塞，鎂條在廣口瓶內(nèi)繼續(xù)燃燒，發(fā)出紅光，放出熱量。待冷卻后廣口瓶內(nèi)水位繼續(xù)上升。(1)步驟2的目的是。(2)在步驟3“待冷卻后廣口瓶內(nèi)水位繼續(xù)上升”是由于瓶內(nèi)氣壓(選填“大于”“小于”或“等于”)外界氣壓。(3)根據(jù)上述實驗和你所學的知識，請寫出鎂在空氣中燃燒時的化學方程式：13.用如圖所示裝置來測定空氣中氧氣的含量，對該實驗認識錯誤的是（）

A．銅粉用量的多少，不會影響實驗結(jié)果

B．實驗結(jié)束后冷卻到室溫才能讀數(shù)

C．氣球的作用是調(diào)節(jié)氣壓，使氧氣完全反應

D．在正常操作情況下，反應結(jié)束后消耗氧氣的總體積大約是反應前硬質(zhì)玻璃管內(nèi)氣體體積的1/514.空氣中氧氣含量測定的再認識?！緦嶒灮仡櫋繄D9是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。(1)寫出紅磷燃燒的化學方程式。(2)實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)__________減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量?！締栴}提出】有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數(shù)低于7%時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實驗，測置結(jié)果與理論值誤差較大?！緦嶒灨倪M】Ⅰ．鐵生銹原理：鐵與氧氣、水作用生成鐵銹。根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設計圖10實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含量。裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹。Ⅱ．測得實驗數(shù)據(jù)如表4【交流表達】(1) 鐵生銹過程發(fā)生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵寫出該反應的文字表達式_________________________________________。(2)根據(jù)表4數(shù)據(jù)計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)是___________(計算結(jié)果精確到0.1%)。測量項目實驗前實驗后燒杯中水的體積燒杯中剩余水的體積集氣瓶（扣除內(nèi)容物）和導管的容積體積/ml80.054.5126.0(3)從實驗原理角度分析，改進后的實驗結(jié)果比前者準確度更高的原因是：①____________________________________________________；②____________________________________________________。15.某實驗小組利用如圖所示裝置測量空氣中氧氣體積分數(shù)并取得成功。[查閱資料]白磷的著火點40℃。[提出問題]氧氣體積約占空氣總體積的比例是多少？[實驗準備]錐形瓶內(nèi)空氣體積為230mL，注射器中水的體積為50mL，該裝置氣密性良好