《空气中氧气含量的测定》实验探究

《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 。

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 + 5O 2 ==== 2P 2O 5 。

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 。 3、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）。

4、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 。

5、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

1、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①②

③ D.①②③④

2

、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：

点燃

图

9

（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__________ ____________________________________________________________。

3、（2011·柳州）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/cm 3) 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】

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 。

【探究与反思】

（1）为了验证乙同学的猜想，将铜粉放在残余气体中加热，观察到铜粉变黑色，证明乙同学的猜想 (填“合理”或“不合理”)。

（2）大家用改进的实验装置(如图9所示)进行实验，待玻璃管冷却、管内白色的烟幕消失时，左玻璃管内的液面上升了1格，得到了较准确的结果，但又意外发现左玻璃管内壁上端附着黄色固体。

①左玻璃管上端的黄色固体的主要成分可能是 ；

②左玻璃管下方液体的pH 7 (填“＝”“＜”或“＞”)，理由是 。

4、（2010·鞍山-18)在测定空气中氧气含量的实验中，小强采用

了右图所示装置：在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推动两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化。

(1)在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是。

(2)写出该实验中反应的化学方程式。

(3)小强测得实验结果如下：

反应前注射器内气体总体积反应后注射器内气体总体积

25mL 22mL

由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数 2l％(填“>”、“＝”、“<”)。造成该实验出现误差的原因可能是。(填序号) ①没有交替缓缓推动两个注射器活塞；②读数时没有冷却至室温；③加入铜丝量太少；④加入铜丝量太多

(4)通过上面的实验，你学到的测量混合物中某成分含量的方法是

。(其它答案合理也可)

答案：1、D 2、（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3、【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）【探究与反思】（1）合理（2）①白磷②＜五氧化二磷溶于水后形成磷酸4、(1) 使空气中的氧气充分反应（2）2Cu+O2加热2CuO（3）<①②③（4）通过化学反应除去混合物中的一种成分，再测量混合物在反应前后体积(或质量)的变化，从而得出该种成分的含量