資源簡介

1．實驗目的：測定空氣中氧氣的含量
2．實驗藥品：紅磷
3．實驗原理
利用紅磷燃燒消耗盡密閉集氣瓶內空氣中的氧氣，使瓶內的壓強，在大氣壓的作用下，燒杯中的水進入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積等于集氣瓶內被消耗的氧氣的體積。
紅磷燃燒的化學方程式：。
水的作用：
(1)集氣瓶中水的作用是降低溫度，吸收生成的五氧化二磷。
(2)燒杯中水的作用是通過進入集氣瓶中水的體積測定空氣中氧氣的含量。
4．實驗步驟
(1)檢查裝置的氣密性。
(2)關閉彈簧夾。
(3)加入(足)過量紅磷于燃燒匙中。
(4)點燃紅磷后迅速伸入集氣瓶中。
(5)冷卻至室溫，打開彈簧夾。
(6)讀數。
5．實驗現象
(1)紅磷燃燒時，產生大量白煙，放出熱量。
(2)裝置冷卻至室溫后，打開彈簧夾，燒杯中的水沿導管進入集氣瓶，約占集氣瓶中空氣總體積的1/5。
6．實驗結論
氧氣的體積約占空氣總體積的1/5。
【拓展】實驗結束后，集氣瓶內剩余氣體的主要成分為氮氣(或N2)，根據實驗現象分析，該氣體具有的性質是不燃燒也不支持燃燒、不易溶于水。
7．誤差分析
常見的改進方法
角度1——改變點燃紅磷的方法
角度2——改變藥品
角度3——改變測量氧氣體積的方法
例1、某校興趣小組同學將課本“測定空氣中氧氣的含量”實驗裝置(如甲圖)改進為新的實驗裝置(如乙圖)，下列有關改進后的裝置評價不恰當的是(　　)
A．在密閉容器中進行，環境污染少 B．裝置簡潔，操作簡單，節約藥品
C．實驗中活塞先向左移，后向右移 D．更方便推算出空氣中氧氣的含量
例2、某科學興趣小組對“測定空氣中氧氣含量”的實驗進行了改進： 將數顯設備、氣體壓強傳感器和空氣中氧氣含量測量裝置按下圖連接。裝置氣密性良好， 調節右邊敞口容器和集氣瓶里的水面相平， 此時集氣瓶內氣體的體積為 V1。關閉活塞，點燃燃燒匙內的紅磷， 立即塞緊瓶塞， 待火焰熄滅后， 過一段時間打開活塞， 觀察到集氣瓶中的水位上升。待集氣瓶內的水面不再上升時， 集氣瓶內的氣體體積為 V2 。 然后向右邊容器內加入一定量的水至兩邊水面再次相 平，此時集氣瓶內的氣體體積為 V3 。在點燃紅磷至打開活塞這一過程中，觀察到數顯設備顯示集氣瓶內的氣體壓強先上升后下降，再趨于穩定。請回答：
（1）數顯設備顯示， 開始一段時間集氣瓶內氣體壓強上升， 這是因為溫度升高導致的氣壓變化量　 　(選填“大于”、 “等于”或“小于”)氧氣量減少導致的氣壓變化量。
（2）基于數顯設備顯示的氣壓變化， “過一段時間打開活塞”中的“一段時間”指的是火焰熄滅 后到　 　所經歷的時間。
（3）在整個實驗過程中，集氣瓶中減少的氧氣體積為　 　(選填“V1﹣V2”、“V1﹣V3”或“V2﹣V3”)。
例3、某興趣小組用兩支規格相同的注射器與一支具支試管對“測定空氣中氧氣的含量”的實驗裝置進行了改進（如圖）具體實驗步驟如下：
步驟一：將注射器Ⅰ連接試管右側導管，注射器Ⅱ插入試管橡皮塞中。使注射器Ⅰ中不留空氣，注射器Ⅱ中留有一定體積空氣，檢查裝置氣密性。
步驟二：在具支試管中加入足量的試劑X，塞上橡膠塞，記錄注射器Ⅱ中氣體體積（記為V1）
步驟三：用酒精燈加熱，使試劑X與氧氣反應充分。
步驟四：停止加熱，冷卻至室溫，將注射器Ⅰ中的氣體全部擠入具支試管，待注射器Ⅱ的活塞穩定后，讀取并記錄氣體體積（記為V2）
步驟五：實驗結束后，清洗儀器，將具支試管裝滿水并塞上塞子，使注射器Ⅰ和Ⅱ中均無氣體或液體殘留，將試管中的水倒入量筒，測定體積（記為V3）
（1）步驟一中檢查裝置氣密性的方法是：________ 。
（2）步驟三中，為使試劑X與氧氣反應充分，可以采取的操作是________。
（3）根據測得數據可以計算空氣中氧氣的體積分數為________ （用V1、V2、V3表示）。
1.小科在課堂上做“探究空氣的成分”實驗，裝置如圖所示。實驗后，小科發現進入集氣瓶中水的體積約占瓶中空氣體積的1/5。下列操作會使進入的水的體積偏少的是（　　）
A．選用木炭替代紅磷 B．用過量的紅磷進行實驗
C．將點燃的紅磷緩慢的放入集氣瓶中 D．紅磷燃燒時忘記關閉止水夾
2.如圖實驗，關閉止水夾，通電使紅磷燃燒。
（1）燃燒的現象是　 　。
（2）紅磷燃燒一段時間后，自動熄滅了，你認為可能的原因是　 　。
（3）冷卻后，松開止水夾，你觀察到的現象為　 　。
3.小徐用食品脫氧劑粉末(能吸收空氣中氧氣且不產生新的氣體，不與空氣中的其它成分反應)和玻璃管來測定空氣中氧氣含量，裝置如圖甲，實驗步驟：
①取一根玻璃管，用橡皮塞將一端密封；
②將食品脫氧劑粉末迅速裝入玻璃管，立即向管口注入一滴水將玻璃管密封，水滴的下端標為A 。彈動玻璃管使脫氧劑粉末分布均勻且緊密，脫氧劑的上端標為O，如圖甲所示；
③水平滾動玻璃管，使食品脫氧劑粉末平鋪在玻璃管中。靜置至水滴不再移動時，水滴的 端標為B，如圖乙；
④用刻度尺測量AO段與AB段的長度，計算出AB與AO的比值，將數據記錄在表格中。
次數 1 2 3 4
AO/mm 513.5 485.5 516.3 517.0
AB/mm 107.4 127.3 107.8 108.3
AB/AO 0.21 0.26 0.21 0.21
⑤洗滌、干燥各裝置，重復上述實驗。
請回答下列問題：
（1）實驗步驟③中靜置至水滴不再移動時，水滴的　 　(選填“a”或“b”)端標為B；
（2）實驗步驟④測量AO段和AB段的長度的原因是由于食品脫氧劑能吸收盡空氣中的氧氣使氣體體積　 　(選填“增大”或“減小”)，且玻璃管的管徑各處相同，所以氧氣與空氣的體積之比就等于AB與AO的比值；
（3）根據實驗記錄數據，可知空氣中氧氣含量為　 　%。
1.暖寶寶中的發熱劑是鐵粉、水和食鹽等，用發熱劑代替紅磷測定空氣中氧氣含量，裝置如圖，以下對此改進實驗的敘述錯誤的是(　　)
A．實驗前要檢查裝置的氣密性
B．此實驗測出空氣中氧氣的質量分數約18%
C．此實驗的原理是利用鐵生銹消耗氧氣，生成氧化鐵
D．此實驗必須到水不再流入左瓶才可獲取進入廣口瓶的水的體積
2.下列實驗裝置中不能用來測定空氣中氧氣含量的是（ ）
3.實驗室常用如圖裝置測定空氣中氧氣的含量。某化學興趣小組在實驗室測定空氣中氧氣的含量由注射器和硬質玻璃管組成的密閉系統，其中注射器中存有15mL空氣，玻璃管的容積是40mL。
（1）連接好裝置后，需要　 　，再加入銅粉。為了保證氧氣全部反應，加入的銅粉應該　 　。
（2）保證氧氣跟銅粉充分反應的操作是　 　。
（3）充分反應后，停止加熱，冷卻至室溫，擠出氣球內的氣體，發現注射器中的氣體體積約為4mL，通過計算，你認為該同學測定得到的空氣中氧氣的體積分數是　 　。
參考答案
例1、C
【解析】A.在密閉容器中進行，反應生成的五氧化二磷固體不會逸散到空氣中，對環境污染少，故A正確不合題意；
B.裝置簡潔，操作簡單，節約藥品，故B正確不合題意；
C.實驗中，白磷燃燒放出大量的熱，導致管內壓強增大，則活塞先向右移；反應結束后，溫度下降，氣壓減小，活塞向左移動，故C錯誤符合題意；
D.將反應前后，活塞左測所對刻度的減少量就是其中氧氣的體積，則更方便推算出空氣中氧氣的含量，故D正確不合題意。
例2、（1）大于 （2）裝置冷卻至室溫 （3）V1-V3
【解析】根據磷燃燒消耗氧氣并放出熱量，結合實驗操作步驟及現象分析。
（1）磷燃燒消耗氧氣并放熱，開始一段時間集氣瓶內氣體壓強上升， 是由于溫度升高導致的氣壓變化量大于氧氣量減少導致的氣壓變化量；
（2）測氧氣含量時需在裝置冷卻至室溫時再打開活塞，進行讀數，故“過一段時間打開活塞”中的“一段時間”指的是火焰熄滅 后到裝置冷卻至室溫所經歷的時間；
（3）由操作過程可知，整個實驗過程中，集氣瓶內減少的氧氣體積為，為V1-V3；
例3、（1）試管加熱，活塞向外推，等試管冷卻后活塞恢復到原位。或 綁住注射器1活塞固定不動，向里推或向外抽注射器2活塞，放手后回到活塞原位置。或 往里推進（抽拉）注射器1活塞時注射器2活塞向外移動（向里移動），且兩者移動的體積相同。
（2）交替推動兩注射器的活塞 （3）
【解析】（1）步驟一中檢查裝置氣密性的方法是：試管加熱，活塞向外推，等試管冷卻后活塞恢復到原位。或綁住注射器1活塞固定不動，向里推或向外抽注射器2活塞，放手后回到活塞原位置。或 往里推進（抽拉）注射器1活塞時注射器2活塞向外移動（向里移動），且兩者移動的體積相同。 。
（2）步驟三中，為使試劑X與氧氣反應充分，可以采取的操作： 交替推動兩注射器的活塞 ；
（3）根據測得數據可以計算空氣中氧氣的體積分數為： 。
1.A
【解析】紅磷燃燒是指磷和氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，水進入集氣瓶的原因是：磷燃燒消耗瓶內氧氣，內外產生壓強差，瓶內壓強小于大氣壓。
【解答】紅磷燃燒后因為消耗了瓶內氧氣且生成了固體五氧化二磷，使瓶內壓強小于大氣壓，所以水進入集氣瓶。氧氣的密度比空氣大，氧氣的密度為1.429g/L，二氧化碳氣態密度為1.977g/L，因此選用木炭在該燒杯燃燒時瓶內的壓強大于選用紅磷在該燒瓶燃燒時的瓶內壓強，因此進入進入瓶內的水會更少，導致進入的水的體積偏少，A符合題意。
2.（1）產生大量白煙
（2）集氣瓶內的氧氣已經耗盡
（3）燒杯中的水進入集氣瓶內，最后集氣瓶中的水約占集氣瓶容積的1/5
【解析】（1）根據紅磷在空氣中燃燒的現象解答；
（2）燃燒的條件：①可燃物；②與氧氣接觸；③溫度達到著火點；
（3）集氣瓶中的氧氣被消耗后，氣壓減小，燒杯中的水在大氣壓強的作用下進入集氣瓶。當水的體積約占集氣瓶容積的1/5時，瓶內氣壓與大氣壓強相等，水就停止進入瓶內了。
【解答】（1）紅磷燃燒，即與氧氣反應生成五氧化二磷，而五氧化二磷為白色粉末，那么燃燒的現象是產生大量白煙。
（2）紅磷燃燒一段時間后，自動熄滅了，我認為可能的原因是集氣瓶內的氧氣已經耗盡。
（3）冷卻后，松開止水夾，你觀察到的現象為：燒杯中的水進入集氣瓶內，最后集氣瓶中的水約占集氣瓶容積的1/5。
3.（1）b （2）減小 （3）22.25
【解析】（1）空氣中氧氣的含量等于氧氣體積和空氣體積的比值，而空氣的體積就是水滴封閉住的體積。根據甲圖可知，AO段就是以水滴的內表面為標準的，因此再次測量封閉氣體的體積時還應該以水滴的內表面為標準，即水滴的b端標為B。
（2）脫氧劑吸收空氣中的氧氣，從而使封閉氣體的體積減小，據此分析解答；
（3）表格中AB/AO的比值就是空氣中氧氣的含量，計算出它們的平均數即可。
【解答】(1)實驗步驟③中靜置至水滴不再移動時，水滴的b端標為B；
(2)實驗步驟④測量AO段和AB段的長度的原因是由于食品脫氧劑能吸收盡空氣中的氧氣使氣體體積減小且玻璃管的管徑各處相同，所以氧氣與空氣的體積之比就等于AB與AO的比值；
（3）根據表格可知，空氣中氧氣的含量為：。
1.B
【解析】只要有氧氣產生或參加的反應，都要檢查裝置的氣密性；當水不再流入集氣瓶中時，集氣瓶內的氣壓與外界的大氣壓強相等，此時集氣瓶內水的體積才等于氧氣的體積。
【解答】A.該實驗要測量消耗氧氣的體積，因此實驗前要檢查裝置的氣密性，故A正確不合題意；
B.此實驗測出空氣中氧氣的體積分數約18%，而不是質量分數，故B錯誤符合題意；
C.此實驗的原理是利用鐵生銹消耗氧氣，生成氧化鐵，故C正確不合題意；
D.此實驗必須到水不再流入左瓶才可獲取進入廣口瓶的水的體積，故D正確不合題意。
2.C
【解析】我們常用燃燒紅磷或白磷的方法，因為磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，幾乎不占空間，使得內外產生氣 壓差，從而得到正確的結論，據此分析判斷。
A.紅磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，幾乎不占空間，使得內外產生氣壓差，水面上升，可以完成氧氣的測定，故A正確不合題意；
B.白磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，使得內外產生氣壓差，水會倒流進集氣瓶，可以完成氧氣測定，故B正確不合題意；
C.木炭燃燒生成的是二氧化碳，二氧化碳是氣體，占了氧氣的空間，氣壓變化很小，水幾乎不進入，故C錯誤符合題意；
D.白磷燃燒生成白色固體五氧化二磷，幾乎不占空間，使得內外產生氣壓差，活塞向左移動，故D正確不合題意。
3.（1）檢查裝置的氣密性；足量
（2）緩慢推拉注射器的活塞
（3）20%
【解析】（1）如果裝置的氣密性不好，那么外面的空氣會進入裝置內，對其中氧氣含量的測定產生影響。銅和氧氣反應，生成氧化銅，只有加入的銅粉足量，其中的氧氣才能被完全消耗。
（2）在實驗過程中，不斷的推拉注射器的活塞，可以對里面的氣體施加壓強，從而使里面的氧氣與銅粉充分接觸，保證氧氣被完全反應。
（3）反應前后，注射器與玻璃管內體積的總體積之差，就是其中氧氣的體積，然后根據計算即可。
【解答】（1）連接好裝置后，需要檢查裝置的氣密性，再加入銅粉。為了保證氧氣全部反應，加入的銅粉應該足量。
（2）保證氧氣跟銅粉充分反應的操作是：緩慢推拉注射器的活塞。
（3）空氣中氧氣的體積分數：。
【備考2023】浙教版科學中考第三輪沖刺講義（十四）
測定空氣中氧氣的含量

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