初三化学学科--氧气含量的测定

（填物பைடு நூலகம்名称）进行实验，可较为快
速地完成实验并减小实验误差。
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿的主要成分为 Cu（2 OH）2CO3]， 若将图 3 装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，请判断能否比较准确地测定空气中氧气的含量，并说
明理由。
。
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2．该实验小组后来利用如图装置测量空气中氧气体积分数并取得成功。 【查阅资料】白磷着火点只有 40℃； 【提出问题】氧气体积约占空气总体积的多少？ 【实验准备】连接仪器，检查 【实验探究】装入药品，按图连好仪器，夹紧弹簧夹（最初气球处于瘪的状 态，锥形瓶内空 气体积为 230mL，注射器中水的体积为 50mL），再将锥形 瓶底部放入热水中，白磷很快被 引燃，然后将锥形瓶从热水中取出。 【现象分析】 （1）将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，但足量的白磷在锥形瓶中未能全部燃烧，说明瓶内剩余
l 红磷量不足
l 红磷熄灭后未充分冷却
l 装置气密性不好
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l 导管内未充满水 l 氧气浓度太低时红磷熄灭，无法耗尽瓶内氧气 集气瓶中水的作用： 吸收热量，吸收红磷燃烧产生的五氧化二磷。 药品替换问题： 选用的药品只与空气中的氧气反应，生成非气态的物质 木炭：不可行，生成气态的二氧化碳，不能使瓶内气压减小（配合氢氧化钠溶液则可行） 硫：不可行，生成气态的二氧化硫，不能是瓶内气压减小 铁丝：不可行，无法直接点燃，无法迅速将瓶内氧气耗尽 镁条：不可行，镁条还会和空气中的氮气反应，消耗瓶内氮气 白磷：可行，但需要在密闭容器内进行反应
①木炭；②红磷；③铁丝；④镁条．
学习小组的同学经讨论后认为，不能用木炭进行实验，原因是
．另外，也不
能用铁丝进行探究，原因是
． 学习小组的同学用如图装置进行镁条在空
气中燃烧的实验，燃烧、冷却后打开止水夹，
进入集气瓶中水的体积约占集气瓶体积的 70%． 如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体
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气体
（填写“支持”或“不支持”）燃烧。
（2）在整个过程中，可观察到气球的变化是
；
（3）待白磷熄灭锥形瓶冷却到室温，打开弹簧夹，还可观察到的现象是：
。
①注射器中的水自动喷出来，导致这一现象的原因是
；
②当注射器中的水还剩下
mL 时停止下流。
【得出结论】氧气约占空气总体积的五分之一。
（3）检查气密性：先把导管的一端放入水中，打开弹簧夹用手紧握集气瓶外壁，如果在导管口有气泡冒
出，松开双手，待集气瓶冷却后，导管内有一小段水柱，则证明装置气密性良好。
（4）关闭止水夹，在燃烧匙内加入足量红磷。点燃燃烧匙内的红磷，迅速伸入集气瓶中，并立即把塞子
塞紧。
（5）待红磷熄灭并充分冷却后，打开弹簧夹。
流。
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故填：4。
3．空气中氧气含量测定的再认识。
【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图 1）。该实验中选择使用
汞的优点有
。
A．实验过程中没有污染
B．在汞槽中起到液封作用
C．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
D．能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽
mL 刻度处（取整数值）．说
明空气中氧气的体积分数约为
．
【分析】根据磷在空气中燃烧消耗尽氧气可测定氧气占空气体积 20%的实验结果，解答本问题；
【解答】解：③加热时温度达到白磷的着火点，白磷燃烧，燃烧时产生大量的白烟；
④由于弹簧夹夹住了连接注射器和试管的导管，因此，白磷燃烧只能消耗试管内空气中的氧气，所以消耗
【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图 2），写出红磷燃烧的化学方程
式
。兴趣小组用该方法测出的氧气含量常常远低于 21%。
【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么不能准确地测定空气中氧气的含量？
【进行猜想】（1）装置漏气；（2）
装置内氧气有剩余；…
【实验与交流】在老师的指导下，小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反
初三化学学科 ——空气中氧气含量的测定
知识点：
实验原理： 红磷燃烧只消耗密闭容器内空气中的氧气，生成固态五氧化二磷，使密闭容器 内压强减小。在大气压作用下，进入容器内水的体积等于瓶内被消耗氧气的体 积。
红磷+氧气
五氧化二磷
操作步骤：
（1）在集气瓶中加少量水，水面以上分成 5 等份，做标记。
（2）连接装置：在集气瓶口连接一个双口胶塞，一孔插燃烧匙，另一孔插导管，并配上弹簧夹。
【分析】【经典赏析】根据使用汞的优点进行分析解答； 【实验回顾】根据磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷解答； 【进行猜想】根据本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品红磷的量，必须是足 量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等。 【实验与交流】根据白磷的着火点比红磷的着火点低解答； 【交流与反思】根据用铁丝生锈的方法测定的主要优点装置内残留的氧气更少，实验结果更准确解答； 【实验探究 2】根据烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积解答； 【结论与反思】根据题中信息分析解答； 【拓展延伸】根据生成铜绿的条件解答。 【解答】解： 【经典赏析】 教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图 1）。该实验中选择使用汞的优点有在 汞槽中起到液封作用；生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气；能将密闭装置内空气中的氧气集合耗尽， 故选 BCD；
。
【实验探究 2】为了加快反应速率，小明通过查阅资料，利用铁粉、炭粉、氯化钠等物质又进行了实验（装
置如图 4），8 分钟后测得的数据如表：
实验前的体积
实验后的体积
集气瓶内空气
烧杯内蒸馏水
烧杯内剩余蒸馏水
131mL
90.0mL
63.6mL
请计算出空气中氧气含量
（计算结果保留一位小数）
【结论与反思】通过上述实验探究，选择
应后装置内氧气浓度分别为 8.85%和 3.21%，请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因
。
【实验探究 1】小明根据铁生锈的原理，探究用铁能否准确测定空气中氧气的含量，于是进行了实验（装置
如图 3）通过 7 天测得的数据计算空气中氧气的含量为 19.13%。
【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点及原因：
【分析】【实验准备】 连接仪器，检查装置气密性，以防装置漏气影响实验结果； 【现象分析】 白磷在点燃条件下能和空气中的氧气反应生成五氧化二磷，同时放热，产生白烟； 氧气约占空气总体积的五分之一。 【解答】解：【实验准备】连接仪器，检查装置气密性。 故填：装置气密性。 【现象分析】 （1）将锥形瓶底部放入热水中，白磷很快被引燃，但足量的白磷在锥形瓶中未能全部燃烧，说明瓶内剩余 气体不支持燃烧。 故填：不支持。 （2）白磷燃烧放热，导致瓶内气压增大，气球膨胀，完全反应后降温，瓶内气压减小，气球收缩，因此在 整个过程中，可观察到气球的变化是先变大后变小。 故填：先变大后变小。 （3）待白磷熄灭锥形瓶冷却到室温，打开弹簧夹，还可观察到的现象是水进入锥形瓶，注射器中水的体积 是 4mL。 故填：水进入锥形瓶，注射器中水的体积是 4mL。 ①注射器中的水自动喷出来，导致这一现象的原因是锥形瓶中的氧气被消耗，导致瓶内气压减小，在外界 大气压作用下水进入锥形瓶。 故填：锥形瓶中的氧气被消耗，导致瓶内气压减小，在外界大气压作用下水进入锥形瓶。 ②锥形瓶中的空气中氧气体积为：230mL× =46mL，当注射器中的水还剩下：50mL﹣46mL=4mL 时停止下
例题：
如图用 50mL 试管作反应容器，磷的燃烧均在密闭容器里进行，可
防止白烟污染空气．用 50mL 注射器（活塞事先处在 20mL 刻度
处）测量磷燃烧消耗的氧气体积操作：
①检查装置的气密性．
②装入药品，连好仪器．
③夹紧弹簧夹，加热白磷，观察试管中所发生的现象为
．
④燃烧结束，试管冷却后打开弹簧夹，可以看到活塞慢慢左移到约
积最多不超过其容积
的
%．现进入集气瓶中水的体积约为其容积的 70%，根据空气的组成可推出减少的气 体中除
氧气外还一定有
（填写物质名称）．
【提出问题】镁条除与氧气、氮气反应外，还与哪些物质发生反应呢？
【猜想假设】镁条能与
（填写物质化学式）反应．
【实验探究】取约 10cm 长的镁条，用砂纸或小刀把它一端的氧
【实验回顾】磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O2
2P2O5；
【进行猜想】实验中所取的红磷不足（或实验前没有夹弹簧夹、实验装置可能未冷却就打开弹簧夹等）； 【实验与交流】小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气 浓度分别为 8.85%和 3.21%，请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因白磷的着火点比红磷的着火 点低； 【交流与反思】铁丝在水、氧气的条件下很容易生锈，与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的 主要优点及原因：装置内残留的氧气更少，实验结果更准确； 【实验探究 2】 烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积=90mL﹣63.6mL=26.4mL
空气中氧气含量=
×100%≈20.2%
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【结论与反思】 通过上述实验探究，选择铁粉、炭粉、氯化钠和蒸馏水或白磷等物质进行实验，可较为快速地完成实验并减 小实验误差。 【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿的主要成分为 Cu（2 OH）2CO3]， 若将图 3 装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，不能比较准确地测定空气中氧气的含量，因为空气中 二氧化碳含量约只有 0.03%，铜不能将装置中的氧气几乎耗尽。 答案： 【经典赏析】BCD。
化膜除尽，用坩埚钳夹持另 一端，放在酒精灯上点燃后，随即伸
入盛有该气体的集气瓶内，镁条会继续燃烧，并发出耀眼白光．燃
烧后，集气瓶的瓶壁特别是瓶底出现有白色粉末氧化镁，同时还
有黑色斑点碳粒．
【评价反思】通过以上实验探究，总结出实验室探究空气中氧气
的体积分数时，在药品选择上应注意：
（一）药品要易与氧气反应；（二）
氧气的体积为试管体积的五分之一即 10mL；打开弹簧夹时，注射器内气体进行试管，活塞慢慢左移到 10mL
处；说明空气中氧气的体积分数约为 20%．
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故答案为：③白磷燃烧，发出黄光，放出热量，产生大量白烟；④10；20%
练习：
1．某校研究性学习小组探究空气中氧气的体积分数． 他们想选用以下药品的燃烧进行实验：
实验现象：
点燃后产生大量白烟，有黄色火焰，手摸瓶壁感觉发热。水沿导管进入集气瓶中，倒吸入集气瓶中水的体
积约占瓶内剩余体积的五分之一。
结论：
氧气约占空气体积的五分之一。
误差分析：
下列原因会使吸入瓶中水的体积大于五分之一
l 点燃红磷后伸入集气瓶及盖紧瓶塞太慢
l 止水夹处漏气
下列原因会使吸入瓶中水的体积小于五分之一
；（三）
．
【分析】根据木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间，铁丝在空气中不燃烧解答；
（1）镁燃烧消耗瓶内气体生成固体物质，瓶内气体减少，压强减小；
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（2）氧气约占空气体积分数的 21%，而氮气占 78%，从而可判断只消耗氧气时，气体减少原体积的 21%； 而气体减少达 70%时，大部分气体被消耗，说明减少的气体已不完全为氧气了，还应消耗了占空气 78%的 部分氮气； 【猜想假设】根据题中信息可知镁条能与二氧化碳反应； 【评价反思】实验室测定空气中氧气的含量应选择能与空气中的氧气反应，并且在空气中只能与氧气反应， 生成的物质是固体． 【解答】解：木炭燃烧生成二氧化碳气体，占了氧气的空间，因此不可以．故答案为：木炭燃烧生成二氧化 碳气体．铁丝在空气中不燃烧； 由于氧气只占空气体积的 21%，如果镁条只和空气中的氧气反应，瓶内气体只能减少原体积的 21%，所以 进入水的体积最多不超过其容积的 21%；实验中进入瓶中水的体积达 70%，说明反应消耗空气的体积为 70%， 因此已不是仅消耗氧气了，还应消耗部分氮气； 【猜想假设】根据题中信息可知，镁条会继续燃烧，并发出耀眼白光．燃烧后，集气瓶的瓶壁特别是瓶底出 现有白色粉末氧化镁，同时还有黑色斑点碳粒，说明镁条能与二氧化碳反应； 【评价反思】测定空气中氧气的含量应选择能与空气中的氧气反应，并且在空气中只能与氧气反应，生成的 物质是固体． 故答案为： 木炭燃烧生成二氧化碳气体；铁丝在空气中不燃烧； 21；氮气； 【猜想假设】CO2； 【评价反思】反应物只能与氧气反应；生成物是固体等．