實驗04 空氣中氧氣體積分數(shù)的測定-初中化學教材實驗大盤點（滬教版）

第第頁滬教版上冊/第二章空氣與水資源/第1節(jié)空氣的組成實驗04空氣中氧氣體積分數(shù)的測定【實驗目的】測定空氣中氧氣體積分數(shù)【實驗儀器】燒杯、試管、錐形瓶、長頸漏斗、集氣瓶、雙孔橡膠塞、燃燒匙、導管、膠管、彈簧夾【實驗試劑】紅磷、空氣、水【實驗過程】實驗步驟實驗現(xiàn)象解釋與結論（1）檢查裝置氣密性升溫法把導管放入水中，用手緊握(或用酒精燈微熱)容器若水中導管口有氣泡冒出，松開手后(或移開酒精燈)，導管內形成一段水柱說明裝置氣密性良好液面差法關閉彈簧夾，往長頸漏斗中注入水，使漏斗中液面高于容器中液面，靜置一會兒液面高度不變，即形成穩(wěn)定的液面差說明裝置氣密性良好（2）將集氣瓶的容積劃分為5等份，并加以標記。（3）將橡膠管上的止水夾夾緊，在燃燒匙內裝入足量的紅磷，在酒精燈火焰上點燃紅磷后，將燃燒匙迅速伸入集氣瓶內，塞緊橡皮塞，觀察現(xiàn)象。紅磷燃燒，放出熱量，產生大量白煙紅磷在密閉空間中燃燒消耗氧氣，生成五氧化二磷（4）待火焰熄滅后，觀察紅磷是否有剩余。待集氣瓶冷卻到室溫后，把導管插入盛水的燒杯中，打開止水夾，觀察現(xiàn)象。燒杯內的水倒流入集氣瓶，約占集氣瓶內氣體體積的1/5氧氣約占空氣總體積的1/51．實驗關鍵①所用的紅磷必須過量。[如果紅磷過少則氧氣沒有全部消耗完，測量結果偏小]②要等集氣瓶（裝置）冷卻到室溫后才能打開彈簧夾。[否則瓶內剩余氣體仍然膨脹，剩余氣體體積偏大，使得進入集氣瓶內的水偏少，測量結果偏小]③裝置的氣密性要好。[漏氣會使外面空氣漏進來，測量結果偏小]④要先夾緊橡皮管，然后再點紅磷，迅速伸入集氣瓶立即塞緊瓶塞。[紅磷伸入過慢，瓶內氣體受熱膨脹逸出，或未夾緊彈簧夾，導致燃燒時氣體受熱膨脹逸出，測量結果偏大]2.誤差分析誤差原因測量結果偏低紅磷不足，氧氣未耗盡裝置漏氣，使裝置外的空氣進入集氣瓶中未冷卻至室溫就打開彈簧夾，使進入集氣瓶中的水的體積偏小測量結果偏高膠皮管未夾緊，紅磷燃燒時集氣瓶內氣體因受熱順著導管逸出燃燒匙伸入過慢，使裝置內的氣體受熱逸出，導致進入集氣瓶中的水的體積偏大【典例1】如圖是測定空氣中氧氣體積分數(shù)的實驗，實驗后發(fā)現(xiàn)所測結果低于1/5，針對這一事實，你認為下列做法或想法不可取的是A．實驗中可能紅磷的量不足，導致沒有將瓶內的氧氣全部耗盡B．實驗中可能未等集氣瓶冷卻至室溫就打開止水夾C．可查看實驗裝置是否漏氣D．可將紅磷改成木炭后重新實驗【答案】D【解析】A、實驗中可能紅磷的量不足，會導致瓶內的氧氣不能完全消耗，水倒流入集氣瓶的體積不足五分之一，會導致實驗后所測結果低于五分之一，故A不符合題意；B、實驗中可能未等集氣瓶冷卻至室溫就打開止水夾，剩余氣體受熱膨脹，水倒流入集氣瓶的體積不足五分之一，會導致實驗后所測結果低于五分之一，故B不符合題意；C、若裝置漏氣，燃燒冷卻后瓶內氣壓小于大氣壓，有部分空氣進入瓶中彌補了消耗的氧氣，水倒流入集氣瓶的體積不足五分之一，會導致實驗后所測結果低于五分之一，故C不符合題意；D、由于木炭燃燒后產物是二氧化碳氣體，裝置內壓強幾乎不變，所以不能將紅磷改成木炭測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，故D符合題意；故選：D。【典例2】測定空氣中氧氣的含量實驗中，下列說法不正確的是A．實驗時紅磷一定要過量B．實驗前需檢查裝置氣密性C．該實驗證明氧氣約占空氣體積的D．紅磷燃燒產生大量的白霧，火焰熄滅后立刻打開彈簧夾【答案】D【解析】A、該實驗中紅磷需過量，這樣才能將裝置內氧氣耗盡，故選項說法正確；B、為防止裝置漏氣，影響實驗結果，實驗前應先檢查裝置氣密性，故選項說法正確；C、實驗中，能夠觀察到進入集氣瓶中的水約占集氣瓶容積的，說明氧氣約占空氣總體積的，故選項說法正確；D、紅磷燃燒產生大量的白煙，火焰熄滅后不能立刻打開彈簧夾，因為此時剩余的氣體在受熱狀態(tài)下，處于膨脹狀態(tài)，使測定結果偏小，故選項說法不正確。故選D?！镜淅?】學習完測定空氣中氧氣的含量后，同學們對課本實驗進行了改進：(已知：白磷和紅磷都能在空氣中燃燒生成五氧化二磷)(1)如圖1，紅磷在瓶中燃燒產生大量，燃燒停止并冷卻至室溫后打開彈簧夾，可以觀察到水倒流入集氣瓶約占空氣體積的，寫出該反應的文字表達式。通過該實驗現(xiàn)象，還能判斷出剩余氣體的物理性質是溶于水。(2)圖2裝置中，打開止水夾之前，氣球的大小變化是。(3)圖3裝置中，若白磷量不足，活塞最終停在刻度線______(填序號)。A．4處 B．5處 C．之間 D．之間(4)圖4裝置中，集氣瓶中空氣的體積為，若裝置漏氣，測定結果會(填“偏大”或“偏小”或“無影響”)。改進后，實驗結束時流入集氣瓶的水的體積為，則測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)為。(5)利用圖二中的傳感器可以實時監(jiān)測實驗過程中裝置內的壓強、溫度和氧氣濃度，得到3條曲線，變化趨勢如圖6所示。X曲線表示(選填“溫度”或“氧氣濃度”)變化趨勢。壓強曲線中，段氣壓變化的原因是。【答案】(1)白煙難(2)先變大后變小(3)C(4)偏小(5)溫度紅磷燃燒放熱，裝置中的溫度升高【解析】（1）紅磷燃燒，產生大量白煙，放熱；紅磷燃燒生成五氧化二磷，反應的文字表達式為：；由于集氣瓶中的液面上升一定高度后就不再變化，說明氮氣難溶于水；（2）紅磷燃燒放熱，裝置中的溫度升高，壓強增大，氣球變大，后來隨著氧氣的消耗，氣球又慢慢變?。唬?）氧氣約占空氣體積的五分之一，活塞移動的體積即為氧氣的體積，若白磷不足，氧氣不能完全消耗，則活塞最終停在刻度線4~5之間，故選C；（4）若裝置漏氣，由于會有氣體進入集氣瓶中，則結果會偏??；由于進入的水的體積即為氧氣的體積，則測得的空氣中氧氣的體積分數(shù)為；（5）由圖可知，X先變大后變小，則X曲線表示溫度；由于紅磷燃燒放熱，則裝置中的溫度瞬間升高，壓強增大。1.如圖裝置可用于測定空氣中氧氣的含量，下列說法不正確的是A．實驗時紅磷一定要過量B．該實驗證明氧氣約占空氣總體積的C．木炭可以代替紅磷進行實驗D．待裝置冷卻至室溫后，再打開止水夾【答案】C【解析】A、該實驗中紅磷需過量，這樣才能將裝置內氧氣耗盡，不符合題意；B、該實驗中紅磷燃燒消耗氧氣，待完全反應后，逐漸冷卻至室溫，由于消耗了氧氣，裝置內壓強減小，打開彈簧夾，燒杯中的水進入集氣瓶，進入水的體積就是消耗氧氣的體積，進入水的體積約占集氣瓶內空氣體積的，說明氧氣約占空氣體積的，不符合題意；C、木炭在空氣中燃燒生成二氧化碳，二氧化碳是氣體，化學反應前后，壓強變化不大，無法測定空氣中氧氣的含量，符合題意；D、待裝置冷卻至室溫后，再打開止水夾，否則氣體受熱膨脹，會導致測定結果偏小，不符合題意。故選C。2.如圖為測定空氣中氧氣的含量的實驗，下列認識正確的是A．反應結束后消耗氧氣的體積約為反應前注射器內空氣總體積的1/5B．沒有冷卻至室溫就讀數(shù)會使測定值偏小C．實驗中的銅粉可以換成炭粉D．銅粉用量的多少不會影響實驗結果【答案】B【解析】A、正常操作情況下，反應結束后消耗氧氣的總體積應該是反應前注射器內空氣體積和玻璃管中空氣總體積的五分之一，選項錯誤，不符合題意；B、氣體的體積會受溫度的影響，讀數(shù)時必須等到裝置冷卻至室溫再讀數(shù)，若裝置未冷卻至室溫就讀數(shù)，讀數(shù)會偏小，選項正確，符合題意；C、碳粉在點燃的條件下會與空氣中的氧氣反應生成二氧化碳等氣體，若將實驗中的銅粉換成碳粉，會導致玻璃管中的氣壓無明顯變化，不能測定氧氣含量，選項錯誤，不符合題意。D、要準確測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，必須使用足量的銅粉，才能全部消耗掉密閉注射器里空氣中的氧氣，選項錯誤，不符合題意；故選B。3.某興趣小組利用氧氣傳感器來檢測足量紅磷燃燒過程中氧氣的含量，如圖所示，下列判斷不正確的是A．a點時容器內氮氣的體積分數(shù)小于85% B．容器內水的作用主要是降溫和防止污染C．氧氣有剩余，說明物質燃燒時氧氣必須達到一定濃度 D．此實驗測得空氣中氧氣的質量分數(shù)為18%【答案】D【解析】A、根據(jù)圖像，a點時容器內氧氣的體積分數(shù)為15%，容器內其余氣體（氮氣、稀有氣體、二氧化碳等）的體積分數(shù)為：1-15%=85%，故氮氣體積分數(shù)小于85%，A選項正確；B、紅磷燃燒放出大量的熱，生成的五氧化二磷是有毒物質，該實驗需要冷卻至室溫后讀數(shù)，水可以降溫，也可以吸收五氧化二磷，防止空氣污染，B選項正確；C、根據(jù)圖像，反應結束后氧氣有剩余，說明物質燃燒時氧氣必須達到一定濃度，C選項正確；D、此實驗測定的是空氣中氧氣的體積分數(shù)，而不是質量分數(shù)，D選項錯誤。故選：D。4.某?；瘜W興趣小組就空氣中氧氣的含量進行實驗探究：

(1)某同學用足量的白磷測定空氣中氧氣的含量，所用的裝置如圖II所示。為了確保實驗的成功，在裝藥品之前應該。點燃白磷，可觀察到的實驗現(xiàn)象為。實驗結束后，注射器的活塞最終約停在刻度線處。(2)寫出磷燃燒的文字表達式：。(3)與圖I裝置相比，圖II裝置的優(yōu)點是：?！敬鸢浮?1)檢查裝置氣密性產生大量白煙，放熱0(2)(3)環(huán)保（或結果更準確等）【解析】（1）該實驗的原理為紅磷燃燒消耗氧氣，裝置中的氣體減少，壓強減小，則打開止水夾，燒杯中的水進入集氣瓶中，進入的水的體積為消耗的氧氣的體積，則該裝置氣密性必須良好，在裝藥品之前，要先檢查裝置的氣密性；白磷燃燒，產生大量白煙，放熱；由于氧氣約占空氣體積的五分之一，而白磷消耗的為試管和注射器中的氧氣，則消耗的氧氣的體積約為，則實驗結束后，注射器的活塞最終約停在0刻度處。（2）白磷燃燒生成五氧化二磷，反應的文字表達式為：。（3）圖Ⅱ裝置中，整個過程中均為密閉裝置，可避免產生的白煙擴散到空氣中，污染空氣，且可避免伸入點燃的白磷時，空氣逸出，即結果更準確。5.化學小組同學設計實驗，用紅磷燃燒、蠟燭燃燒測定空氣中氧氣含量，比較其實驗結果的差別。實驗時將紅磷、蠟燭點燃后，同時伸入到大小相同的兩個集氣瓶中。（已知：實驗前K1、K2、K3均關閉）(1)紅磷燃燒的符號表達式為。(2)待反應完畢，裝置冷卻到室溫后，應進行的操作是：先打開K1、K3，一段時間后，再。(3)若某同學實驗時，先將K1、K2打開，再將點燃的紅磷、蠟燭同時伸入兩個集氣瓶中，待反應完畢，裝置冷卻到室溫后，打開止水夾K3，觀察到的現(xiàn)象是。【答案】(1)(2)關閉K1、打開K2(3)燒杯中的水流入兩個集氣瓶中且水量相同【解析】（1）紅磷與氧氣在點燃的條件下生成五氧化二磷，反應的符號表達式為，故填：；（2）待反應完畢，裝置冷卻到室溫后，應進行的操作是：先打開K1、K3，使燒杯的水倒流進入左廣口瓶，一段時間后，再關閉K1、打開K2，觀察水進入右廣口瓶的情況，故填：關閉K1、打開K2；（3）若某同學實驗時，先將K1、K2打開，再將點燃的紅磷、蠟燭同時伸入兩個集氣瓶中，待反應完畢，裝置冷卻到室溫后，打開止水夾K3，由于整個裝置形成連通，氣壓相同，則觀察到的現(xiàn)象是燒杯中的水流入兩個集氣瓶中且水量相同，故填：燒杯中的水流入兩個集氣瓶中且水量相同。6.圖甲所示裝置可用于測定空氣中氧氣的含量，圖乙是用該裝置測得實驗過程中集氣瓶內氣壓與時間的關系圖（該裝置氣密性良好，是集氣瓶內初始氣壓）下列說法正確的是①c點時反應剛好停止②紅磷點燃后要迅速放入瓶中③開始時集氣瓶中氣壓瞬間變大是氧氣被迅速消耗造成的④b、c、d點集氣瓶中所含物質相同⑤d點時集氣瓶冷卻到初始溫度A．①③④ B．②④⑤ C．②③⑤ D．①④⑤【答案】B【解析】①a點氣壓最大，放出的熱量最多，然后依次降低，說明a點紅磷燃燒結束，反應停止，而不是c點，說法錯誤；②紅磷燃燒后迅速伸入集氣瓶，防止伸入過慢使瓶內氣體受熱膨脹逸出，測量結果不準確，說法正確；③集氣瓶中氣壓瞬間變大，是因為紅磷燃燒放出大量的熱，使裝置內氣壓增大，說法錯誤；④紅磷燃燒生成五氧化二磷，只是消耗了氧氣，在a點反應已經(jīng)結束了，b、c、d點時集氣瓶中所含物質相同，說法正確；⑤d點后氣壓不再降低，說明d點時集氣瓶冷卻到初始溫度，說法正確；故選：B。7．某興趣小組對教材中“測定空氣中氧氣含量”實驗(如圖甲)進行了改進，設計了圖乙(選用容積為45mL的試管作反應容器)的實驗方案，到了良好的實驗效果。對比分析下面兩個實驗，回答下列問題：(1)實驗測定氧氣含量的操作之前，第一步操作是，發(fā)生反應的文字表達式為。(2)甲實驗測得的氧氣含量小于1/5，請分析可能的原因。(寫出一點即可)(3)乙實驗中，注射器活塞最后將停止在約mL刻度處。(4)對照甲實驗，你認為乙實驗有何優(yōu)點？。(回答一點即可)【答案】(1)檢查裝置氣密性(2)紅磷量少（合理即可）(3)1(4)環(huán)保（合理即可）【解析】（1）測定空氣中氧氣含量的實驗中，裝置必須氣密性良好，則組裝好儀器后，先檢查裝置氣密性；紅磷燃燒生成五氧化二磷，反應的化學方程式為：。（2）甲實驗中，若紅磷少量，則氧氣不能完全消耗，會使結果偏??；或裝置漏氣，由于裝置中的氣體減少，壓強減小，則會進入空氣，也會使結果偏??；或未冷卻就打開彈簧夾，裝置中的溫度較高，氣體膨脹，進入的水的體積偏小，則結果偏小。（3）由于氧氣約占空氣體積的五分之一，則乙實驗中，試管中氧氣的體積為，則注射器中會進入9mL的空氣，最終活塞停止在10mL-9mL=1mL刻度處。（4）乙實驗為密閉裝置，則能防止五氧化二磷擴散到空氣中，保護環(huán)境，且結果更準確。8．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40mL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，通過導管與潤滑性很好的針筒注射器組成如圖的實驗裝置。假設此實驗能夠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，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明：；(2)若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱引燃白磷，可以觀察到的現(xiàn)象是白磷燃燒，發(fā)出黃光，放出熱量，產生大量白（填“煙”或“霧”），白磷燃燒的化學方程式為，燃燒結束后，等到試管冷卻后再松開彈簧夾?？捎^察到注射器活塞前沿停留在約mL刻度處。【答案】(1)裝置氣密性良好(2)煙4P+5O22P2O512【解析】（1）打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明裝置氣密性良好；（2）白磷燃燒，發(fā)出黃光，放出熱量，產生大量白煙；磷與氧氣反應生成五氧化二磷，該反應的化學方程式為：；若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，這時白磷燃燒消耗掉的只是試管內的氧氣為，所以活塞應停在20mL-8mL=12mL的刻度處。9．某化學興趣小組開展“測定密閉容器中氧氣的體積分數(shù)”的實驗探究。Ⅰ．圖1為我們熟悉的測定空氣中氧氣含量的實驗。(1)紅磷燃燒的文字表達式是。(2)若實驗過程中發(fā)現(xiàn)燒杯中的導管口出現(xiàn)氣泡，則最終測得的數(shù)據(jù)會(填“偏大”“偏小”或“無影響”)。Ⅱ．圖2實驗中，小組成員利用傳感器記錄集氣瓶內氧氣濃度隨時間變化的情況。(3)從以上數(shù)據(jù)分析，最終集氣瓶中的氧氣沒有消耗完的依據(jù)是。(4)實驗開始時氧氣的含量持續(xù)下降，氧氣被消耗，但在200s時氧氣的含量又有所上升，若實驗過程中紅磷量充足，其可能原因是?！敬鸢浮?1)(2)偏大(3)完全反應后氧氣濃度是8.86%(4)裝置突然漏氣（合理即可）【解析】（1）紅磷在氧氣中燃燒生成五氧化二磷，其文字表達式為，故填；（2）若實驗過程中，發(fā)現(xiàn)燒杯中導管口出現(xiàn)氣泡，說明彈簧夾未夾緊，燃燒時氣體受熱膨脹逸出，集氣瓶內氣體被消耗體積變大，則最終測得數(shù)據(jù)會偏大，故填偏大；（3）根據(jù)圖示可知，燃燒結束后氧氣的含量為8.86%，說明氧氣沒有消耗完，故填完全反應后氧氣濃度是8.86%；（4）實驗開始時氧氣的含量持續(xù)下降，氧氣被消耗，但在200s時氧氣的含量又有所上升，可能是氧氣密度大于空氣，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，也可能是裝置氣密性不足，在200s時突然漏氣。故填裝置突然漏氣（合理即可）；10.空氣中氧氣含量測定的再認識。I、用紅磷測定空氣中氧氣的含量。(1)請寫出紅磷在空氣中燃燒的文字或符號表達式。(2)如圖1實驗，測得空氣中氧氣體積分數(shù)小于五分之一，可能的原因是___________(填序號)。A．燃燒匙伸入集氣瓶太慢 B．紅磷量不足C．實驗中發(fā)現(xiàn)導管口有氣泡冒出 D．裝置漏氣Ⅱ、用鎂條測定空氣中氧氣的含量。(3)某同學利用圖2實驗測定空氣中氧氣含量時發(fā)現(xiàn)，產物中還出現(xiàn)少許黃色固體。已知：鎂能與氮氣反應生成淡黃色的氮化鎂(Mg3N2)固體。但在空氣中燃燒鎂條時很難觀察到生成物中有淡黃色固體，原因是。在操作規(guī)范的情況下，該同學實驗所測得的氧氣體積分數(shù)五分之一(填“大于”、“小于”或“等于”)。Ⅲ、用鐵粉測定空氣中氧氣的含量。(4)某同學根據(jù)鐵生銹的原理，用鐵粉測定空氣中氧氣的含量，設計了如圖3實驗，8分鐘后測得數(shù)據(jù)如表：實驗前的體積實驗后的體積集氣瓶內空氣量筒內水量筒內剩余水250mL180.0mL128.0mL根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算得出空氣中氧氣的體積分數(shù)為，與用紅磷燃燒的方法相比，用該方法測定空氣中氧氣的含量的主要優(yōu)點：(只寫一點即可)。Ⅳ、用白磷測定空氣中氧氣的含量。某同學設計了如圖4的實驗裝置測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，在一個耐熱容器的底部放一塊足量的白磷，然后迅速將活塞下壓(可迅速提高容器內空氣溫度)后放手，容器中的白磷開始燃燒。(提示：白磷的體積忽略不計，白磷在空氣中燃燒所需最低溫度為40攝氏度)(5)檢查裝置氣密性：向下壓活塞，放手后活塞，說明裝置氣密性良好。(6)白磷開始燃燒后，活塞的運動情況為。(7)如將燃燒匙中紅磷換成炭粉，實驗能否成功？為什么？。(8)結合你的學習經(jīng)驗，若要尋找紅磷、白磷、鐵粉除氧劑的替代物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)?！敬鸢浮?1)/(2)BD(3)氧氣比氮氣更活潑，鎂更容易與氧氣反應大于(4)20.8%結果更準確/沒有污染(5)恢復到原位置(6)先向上移動，后向下移動，最終停