《空气中氧气含量的测定》实验探究专项训练.doc

初中化学专项练习 泓锐 2012年9月23日
《空气中氧气含量的测定》实验专题复习
知识梳理
空气中氧气含量的测定如右图所示。
1、可观察到的现象是 磷燃烧有大量白烟生成，打开止水夹后水进入集气瓶
内大约1/5体积处 。
点燃
2、该实验设计的原理是利用 红磷燃烧耗尽密闭容器中1/5体积的氧气，
使容器内压强减小，导致水被吸入集气瓶内大约1/5体积。反应方程式为：4P + 5O2 ==== 2P2O5 。
3【实验步骤】
 1）在集气瓶内加入少量水（用于溶解生成的五氧化二磷，同时吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降温），把集气瓶剩余容积划分为5等分，并做上记号。
 2．用止水夹夹紧乳胶管。把燃烧匙内的红磷放在酒精灯火焰上点燃，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。观察红磷燃烧时的现象。
 3．待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹，观察实验现象及水面的变化情况。
4【实验现象】
 红磷燃烧时发出黄白色火焰，同时放出热量，随着反应的进行，瓶内充满白烟。待集气瓶冷却到室温时，打开止水夹，烧杯中的水被吸进集气瓶中，进水的体积恰好近似于集气瓶中原空气体积的1/5。
5【注意事项】
 1．装置不能漏气。
 2．红磷要过量，以保证瓶内的氧气耗完。
 3．点燃红磷后要立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子，不能使外界空气进入瓶内。
 4．止水夹要夹紧，防止红磷燃烧时气体膨胀使瓶中气体从导管逸出。
 5．等到集气瓶冷却到室温时再打开止水夹，防止瓶内气温高于外界气温，使进入瓶内的水减少 
6【实验分析】实验后若结果偏小，可能的原因有红磷量过少 、装置气密性不好 、没有冷却到室温就打开止水夹 。实验后若结果偏大，可能的原因有止水夹没有夹紧 、燃烧匙伸入集气瓶过慢 。
7、实验时选择的可燃物需具备以下条件：（1）能在空气中燃烧 （如铁丝不行）；（2）燃烧时只消耗氧气 （如镁带不行）；（3）生成物不能为气体 （如硫粉、木炭等不行）。
8、该实验还可推出，瓶内剩余4/5体积的气体是氮气 ，其物理性质有无色无味、难溶于水 ；化学性质有不燃烧也不支持燃烧 。
9其他常见变形装置如下图：

装置形式虽然不同，但原理都是相同的，即用燃烧法测定空气中氧气的含量。
（注意：该实验应从1、实验现象的描述；2、实验原理；3、实验的改进；4、药品的选择；5、实验推断的性质等五个方面去掌握）

典例解析
图1
例1．（2012荔湾区）右图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，实验前在集气瓶内加入少量水，并做上记号。下列说法中不正确的是 （ ）
A．该实验证明空气中氧气的含量约占1/5
B．实验时红磷一定要过量
C．实验前一定要检验装置的气密性
D．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹
图2
 解析：D中红磷燃烧产生大量白烟。保证实验成功的关键是：①装置不漏气，只有装置气密性良好才能使得反应后装置内的压强显著减小，水才能进入到瓶子中。②红磷足量才能将氧气消耗完毕，测量结果才准确。③火焰熄灭后待装置冷却后再打开止水夹，否则由于热胀冷缩缘故会使测量结果不准确。④红磷不能使用硫磺、木炭来代替，因为硫磺、木炭燃烧后生成的二氧化硫、二氧化碳为气体，不能使装置内气体压强显著减小，如使用硫磺或木炭则必须在水中加入氢氧化钠。  答案：D
例2．（2011天河区）右图2是一个具有刻度和活塞可滑动的
玻璃容器，其中有空气和足量的白磷，将它放在盛有沸
水的烧杯上方，进行实验。请完成实验报告：
（1）实验目的：测定空气中             的体积分数。
（2）实验现象：白磷着火燃烧，活塞先右移，后左移，最后停在刻度约为      （填整数）的位置上。
 （3）实验结论：空气的成分按体积计算，       约占1/5。
解析：（1）氧气（2）8（3）氧气提示：白磷燃烧 放热气体体积膨胀故活塞先向右移动，当温度降下后气体体积缩小活塞左移。 
例3 （2011广州卷）.某班同学用右图装置测定空气里氧气的含量。先用弹簧夹夹住乳胶管。点燃红磷伸入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察 广口瓶内水面变化情况。实验完毕甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的1/5,乙同学的广口瓶内水面上升显大于瓶内空气体积的1/5。下列对这两种现象解释合理的是（  ）
 ①甲同学可能使用的红磷量不足，瓶内氧气没有消耗完；②甲同学可能未塞紧瓶塞，红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内；③乙同学可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内空气受热从导管逸出；④乙同学可能插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内空气受热逸出
A.只有①③   B.只有②④   C.只有①②③        D.①②③④
解析：D
例4、（2010花都区）为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40 mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60 mL且润滑性很好的针筒注射器组成如右图的实验装置。
假设此实验能按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：
（1)实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20 mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明__________________。
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为_______________________________________________。
（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为______________________________________________________________。
（4）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如__________ ____________________________________________________________。
解析：（1）装置的气密性好（2）白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿在约12 mL的刻度线上 （3）白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8 mL的刻度线上（4）橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等
例5（2012·广州）某化学兴趣小组的同学按照课本上的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验(如图8所示)，但测出的氧气的体积分数明显小于1/5。
请你参与探究：
【提出问题】造成误差的原因是什么？如何改进课本上的实验装置？
【查阅资料】红磷、白磷的一些性质如下表：

颜色、状态
熔点/℃
着火点/℃
密度/(g/cm3)
红磷
暗红色固体
590
240
2.34
白磷
白色或黄色固体
44.1
40
1.82
【猜想与假设】
图9
甲同学：可能是导管内原含有空气，后来留有吸入的水，影响实验的准确性。
乙同学：可能是瓶内残留气体中还有氧气。
你还能作出的猜想是 。
【交流与讨论】
（1）丙同学认为用木炭代替红磷，就可以消除误差，大家认为他的猜想不合理，理由是 。
（2）他们对课本上的实验装置进行了图9所示的改进(其他仪器忽略)。
① 甲同学提出应把红磷换为白磷，理由是 。
② 通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，这利用了金属铜的 性。
③ 与课本上的实验装置相比较，该装置的一个优点是 。
解析：【猜想与假设】装置气密性不好（或红磷用量不足；或没有冷却到室温就打开止水夹等）【交流与讨论】（1）木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，使反应前后气体体积变化不明显 （2）① 白磷的着火点低，容易用铜丝点燃（或红磷着火点高，不易被铜丝点燃等）② 导热性 ③可以保证反应过程中装置不漏气（或可以保证在相同的压强下测定反应前后气体的体积，不会污染空气等）
例6（2011天津市）空气、水是人类赖以生存的自然资源。
（1）测定空气中氧气体积分数的实验装置如下图所示。在集气瓶内加入少量的水，并五等分水面以上的容积，做上记号。用弹簧夹夹紧乳胶管。点燃燃烧匙内足量的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。
①写出红磷在空气中燃烧的化学式：                     。
 ②待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水面最终上升约至1刻度处。由此可知氧气约占空气总体积的         。
 ③红磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体主要是           ，该气体      （填“支持”或“不支持”）燃烧。
解析：① 4P+5O22P2O5   ②  ③ 氮气 不支持 
例7（2011广州市）按右图组装仪器，关闭止水夹，通电使红磷燃烧。请回答下列问题：
（1）燃烧的现象是                     ；
（2）红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，你认为原因是                            ；
（3）冷却后，松开止水夹，你观察到的现为               
解析（1）红磷继续燃烧，产生白烟，火焰慢慢熄灭
（2）集气瓶内的氧气已消耗完
（3）烧杯里的水倒吸到集气瓶内（或烧杯的水面下降），集气瓶中的水约占集气瓶容积
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