【同步实验课】实验05 空气中氧气含量的测定（教师版）-2024年初中化学同步实验教学（上册）

【同步实验课】 空气中氧气含量的测定 【实验目 的】 1．通过实验探究，学会测定空气中氧气含量的实验方法。 2．通过观看和动手实验，培养学生发现问题能力和实验操作能力。 3．通过实验探究，发现实验的不足之处并能加以改进，培养学生的科学探究思维。 【实验仪 器】 大集气瓶、酒精灯、燃烧匙、烧杯、弹簧夹、橡皮塞和导管 【实验试 剂】 红磷、蒸馏水 【实验步 骤】 (1)按图所示连接装置，并检查装置的气密性； (2)集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分为 5 等份； (3)夹紧弹簧夹，取过量(或足量)红磷于燃烧匙中； (4)点燃红磷，立即伸入集气瓶中，塞紧瓶塞； (5)红磷熄灭并冷却后，再打开弹簧夹。 【实验现 象】 (1)红磷燃烧产生大量白烟； (2)冷却后打开止水夹，烧杯中的水一部分沿导管流入集气瓶中，瓶内液面上升约1/5。 【实验结 论】 空气中氧气约占空气总体积的1/5。 1 实验原理 (1)红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，瓶内气体减少，压强减小，冷却后打开止水夹，在大气压的作用下， 烧杯内的水进入集气瓶中，进入水的体积即为瓶内消耗氧气的体积。 (2)反应的文字表达式：磷 + 氧气 点燃 → 五氧化二磷。 【注意】 01 实验梳理 02 实验点拨 03 典例分析 04 对点训练 05 真题感悟 (1)此实验对实验药品的要求：只能消耗空气中的氧气，燃烧的产物不能是气体。 (2)实验开始时，预先在集气瓶里放入少量水的目的是； ①吸收热量，有利于降低温度； ②吸收生成的白烟，防止污染空气。 (3)倒吸进集气瓶的水不能充满整个集气瓶的原因：空气中的其他气体不与红磷反应且不溶于水。 (4)集气瓶内剩余气体的性质： ①物理性质：无色无味的气体，难溶于水； ②化学性质：不能燃烧也不支持燃烧。 2 实验误差分析 (1)若实验结果小于1/5，原因可能是： ①装置漏气，使装置外的空气进入集气瓶中； ②红磷量不足，瓶内氧气没有消耗完； ③未冷却到室温就打开止水夹，使进入集气瓶中的水的体积偏小。 (2)若实验结果大于1/5，原因可能是： ①弹簧夹没有夹紧，红磷燃烧时集气瓶内部分气体受热膨胀沿导管逸出； ②燃烧匙伸入集气瓶过慢，使装置内气体受热逸出。 3 实验改进 (1)改进原因： ①实验时在容器外点燃红磷，燃烧产物会污染环境，将燃着的红磷伸入集气瓶时，空气受热膨胀逸出， 会使得测量结果偏大，因此需在密闭容器中进行。 ②集气瓶的刻度读数较粗略，且会有部分水残留在导管中，使测量结果不准确。 (2)改进思路： ①点燃方式的改进：实验过程中不打开装置，使装置始终保持密闭，如图①、②所示。 ②测量方式的改进：利用量筒或注射器等测量仪器，减小实验误差，使测定结果更加精确，如图③所 示。 图① 图② 图③ 【典例01】如图是“实验室测定空气中氧气含量”的实验装置图，下列有关说法错误的是( ) ．不能用木炭代替红磷进行实验 B．做该实验前，应检查装置的气密性 ．待装置冷却至室温后才能打开止水夹 D．若红磷不足，将导致测得氧气的含量大于五分之一 【答】D 【详解】、不可用木炭代替红磷进行实验，因为木炭燃烧生成气体，不符合题意； B、做该实验前，应检查装置的气密性，否则易导致测定结果不准确，不符合题意； 、待装置冷却至室温后才能打开止水夹读数，否则易导致测定结果偏小，不符合题意； D、若红磷不足，使氧气不能完全反应，将导致测得氧气的含量小于空气体积的五分之一，符合题意。 故选：D。 【典例02】下图所列实验装置不能够用来测定空气中氧气含量的是( ) ． B． ． D． 【答】 【详解】、红磷燃烧，消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷，使得内外产生气压差，水面上升，可以完成 氧气的测定，故选项能达到实验目的； B、红磷燃烧，消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷，使得内外产生气压差，水会倒流进集气瓶，可以完 成氧气测定，故选项能达到实验目的； 、木炭燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变，进入集气瓶水的体积偏小，不能用来测定空气中氧气 含量，故选项不能达到实验目的； D、白磷燃烧，消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷，使得内外产生气压差，最终活塞向左移动，故选项 能达到实验目的。 故选：。 【典例03】某同学用如图所示装置测定空气中的氧气含量，下列有关说法正确的是( ) ．此实验的原理是利用铁燃烧消耗氧气 B．最终量筒内液面上升到40 mL 处 ．该实验反应迅速，现象明显 D．此实验铁丝绒的多少不影响测量结果 【答】B 【详解】、铁丝绒在量筒中没有燃烧，利用的是铁丝缓慢氧化消耗氧气，错误； B、量筒共50mL，内有空气约50mL，消耗五分之一的氧气，约10mL，考虑量筒50mL 刻度以上的有部分 空气，消耗的氧气约十几毫升，液面上升十几毫升，约到量筒刻度三十几到四十，B 正确； 、铁丝绒与氧气接触面积大，反应速率变快，能较快看到铁丝生锈和液面上升的现象，但不是迅速，错误； D、过量的铁丝绒能完全消耗量筒内氧气，才能准确测定空气中氧气含量，D 错误。 故选：B。 【典例04】资料显示，红磷和白磷都能在空气中燃烧。实验室分别用红磷(曲线b)和白磷(曲线)燃烧测定密 闭容器中氧气的含量，实验过程中用氧气传感器测得的密闭容器内氧气浓度如图所示。下列说法不正确的 是( ) ．红磷在密闭容器中燃烧，产生大量白烟 B．燃烧停止后，容器中剩下的气体都主要是氮气 ．红磷燃烧消耗氧气的能力大于白磷 D．该图示说明选用红磷燃烧没有用白磷燃烧实验效果好 【答】 【详解】、红磷在空气中燃烧生成五氧化二磷(白色固体)，则会产生大量白烟，正确。 B、红磷、白磷能消耗装置中的氧气，不与氮气反应，氧气浓度为83%、51%时容器中的气体主要是氮气， 正确。 、根据图像分析，红磷、白磷燃烧消耗氧气熄灭后，红磷剩余氧气的浓度83%大于白磷剩余的51%，说明 红磷燃烧消耗氧气的能力小于白磷，错误。 D、分析图像，白磷消耗氧气最终剩余气体中氧气的浓度为51%，红磷消耗氧气最终剩余气体中氧气的浓 度为83%，白磷消耗氧气更多，用白磷的效果比红磷好，正确。 故选：。 1．(2023·湖北武汉·统考模拟预测)某兴趣小组同学用如图所示装置测定空气中氧气含量，下列说法正确的 是( ) ．用木炭、硫或铁丝代替红磷，也可达到实验目的 B．红磷要适量，若红磷过量，则测得的结果偏大 ．红磷燃烧时产生大量白烟，燃烧停止后白烟慢慢消失 D．该实验说明：氧气约占空气总质量的五分之一 【答】 【详解】、木炭燃烧生成二氧化碳，硫燃烧生成二氧化硫，导致水不能进入集气瓶，铁不能空气中燃烧， 都不能测定氧气含量，故选项错误； B、红磷应该足量或过量，确保集气瓶中的氧气完全反应，实验结果更准确，故选项B 错误； 、红磷燃烧时产生大量白烟，燃烧停止后白烟慢慢消失，是因为白烟是五氧化二磷，能够溶解在水中，故 选项正确； D、该实验测得氧气约占空气总体积(不是总质量)的五分之一，故选项D 正确； 故选：。 2．(2023·河北邯郸·校考二模)如图所示装置可用于测定空气中氧气含量，下列说法中不正确的是( ) ．实验时红磷必须过量 B．点燃红磷前必须事先用弹簧夹夹紧橡皮管 ．红磷熄灭后应立刻打开弹簧夹 D．红磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体主要是氮气 【答】 【详解】、实验时红磷一定过量，这样才能充分消耗氧气，选项说法正确； B、点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管，否则装置漏气会影响氧气含量测定，选项说法正确； 、红磷熄灭后冷却至室温才能打开弹簧夹，否则红磷燃烧放热会导致气压变大影响氧气含量测定，选项说 法不正确； D、空气主要成分是氧气和氮气，红磷燃烧消耗完瓶内的氧气，集气瓶内剩下的气体主要是氮气，选项说 法正确。 故选：。 3．(2023·江苏徐州·校考二模)某同学用如图所示装置测定空气里氧气的含量。实验时，连接好装置并检查 不漏气后再进行后续操作。下列说法不正确的是( ) ．加热铜丝能够引燃白磷，主要利用了铜丝良好的导热性 B．通过注射器内水体积的变化，得出试管内空气中所含氧气的体积 ．白磷燃烧时产生大量白烟，等火焰熄灭后立即打开弹簧夹 D．实验时所用白磷要过量，以保证集气瓶内空气里的氧气能充分反应 【答】 【详解】、加热铜丝能够引燃白磷，主要利用了铜丝良好的导热性，说法正确，不符合题意； B、白磷燃烧消耗氧气，试管内的气压减小，注射器会自动流入试管中，流入的水体积等于消耗的氧气体 积，通过注射器内水体积的变化，得出试管内空气中所含氧气的体积， 说法正确，不符合题意； 、白磷燃烧时产生大量白烟，等火焰熄灭后不能立即打开弹簧夹 ，此时试管内的气压偏大，进入的水体积 偏小，测量结果不准确，说法错误，符合题意； D、实验时所用白磷要过量，以保证集气瓶内空气里的氧气能充分反应，使实验结果更准确，说法正确， 不符合题意。 故选：。 4．(2023·内蒙古赤峰·统考三模)用如图装置测定空气中氧气含量，有关说法错误的是( ) ．取用的红磷必须足量 B．引燃红磷后，左管内液面先下降后上升，冷却后升至刻度1 ．该装置环保，所得结果更准确 D．该装置还能测得稀有气体的体积分数 【答】D 【详解】、取用的红磷必须足量，才能将装置内氧气耗尽，否则会导致实验结果偏小，不符合题意； B、引燃红磷后，红磷燃烧，放出大量的热，装置内气体受热膨胀，压强增大，左管内液面下降，待完全 反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，装置内压强减小，故左管内液面上升，氧气约占空气体积的 1/5，故冷却后升至刻度1，不符合题意； 、该装置在密闭容器中进行，反应生成的五氧化二磷不会逸出，比较环保，且避免了盛有点燃红磷的燃烧 匙伸入集气瓶中时，气体的受热膨胀逸出，误差小，不符合题意； D、该装置是通过红磷燃烧消耗氧气，测定空气中氧气的含量，无法测得稀有气体的体积分数，符合题意。 故选：D。 5．(2023·北京西城·统考二模)利用如图装置测定空气中的氧气含量，下列说法正确的是( ) ．加入药品时，取少量的红磷 B．点燃酒精灯后，红磷燃烧，产生大量白色烟雾 ．实验开始时，注射器活塞的位置应处于最左端 D．注射器量程足够大时，弹簧夹始终打开不会影响实验结果 【答】D 【详解】、加入药品时，取足量的红磷，耗尽氧气，故错误； B、点燃酒精灯后，红磷燃烧，产生大量白烟，故B 错误； 、实验结束，红磷消耗了氧气，试管内压强减小，注射器的活塞会向左移动，移动的体积即为消耗氧气的 体积，所以实验开始时，注射器活塞的位置不能处于最左端，故错误； D、注射器量程足够大时，弹簧夹始终打开，红磷消耗的是整个装置内的氧气，由于注射器量程足够大时， 所以试管内的氧气忽略不计，故不会影响实验结果，故D 正确。 故选：D。 6．(2023·山东德州·统考二模)下图为“测定空气里氧气含量”的装置，“惰性电热板”通电发热后不与空 气中成分发生化学反应，左右有隔板，隔板间距离为20m。关于该实验的有关说法错误的是( ) ．接通电源一段时间后，电热板上的红磷燃烧并产生大量白烟 B．若装置气密性不好，测得空气中氧气含量会偏大 ．反应结束后切断电源，冷却至室温后左右隔板间距离约为16m D．反应后剩余的主要气体既不能燃烧，也不支持燃烧 【答】B 【详解】、接通电源一段时间，温度升高至红磷的着火点后，电热板上的红磷燃烧并产生大量的白烟，故 选项说法正确； B、若装置气密性不好，在实验结束后冷却过程中，空气进入，使测得空气中氧气含量会偏小，故选项说 法不正确； 、氧气约占空气总体积的五分之一，左右隔板距离为20m，氧气的体积为20m×1/5=4m。实验结束切断电 源，冷却至室温后左右隔板距离约为20m-4m=16m，故选项说法正确； D、红磷燃烧一段时间后熄灭，说明反应后剩余气体不能燃烧，也不支持燃烧，故选项说法正确。 故选：B。 7．(2023·安徽·校联考三模)镁的化学性质较活泼，能与氮气、二氧化碳、氧气等气体发生反应。如图装置 气密性良好，先点燃过量的红磷，待红磷熄灭并冷却至室温，钟罩内水面上升约1/5 体积。再使用凸透镜 会聚太阳光点燃镁带，镁带继续燃烧，水面继续上升到约7/10 位置。下列有关说法不正确的( ) ．用凸透镜会聚太阳光目的是使镁的温度达到着火点 B．该实验可以测定空气中氧气的含量 ．氮气的化学性质不活泼，不支持燃烧 D．金属燃烧不能用二氧化碳灭火 【答】 【详解】、用凸透镜会聚太阳光使镁温度升高，温度达到着火点，镁燃烧，不符合题意； B、红磷燃烧后生成五氧化二磷固体，因此导致装置内的压强减小，故能准确测定出氧气的体积，不符合 题意； 、镁的化学性质较活泼，能与氮气、二氧化碳、氧气等气体发生反应，氮气能支持镁燃烧，符合题意； D、镁的化学性质较活泼，能与氮气、二氧化碳、氧气等气体发生反应，故金属燃烧不能用二氧化碳灭火， 不符合题意； 故选：。 8．(2023·山东济南·统考一模)用如图装置测定空气中氧气的含量：给硬质玻璃管中的铜粉(足量)持续加热 并不断来回推拉注射器活塞直到反应完全，待装置冷却至室温，将气球内的气体全部挤出，待注射器活塞 稳定后，注射器内气体体积减少了总容积的1/5。下列关于该实验的说法中，错误的是( ) ．说明氧气约占空气总体积的1/5 B．用木炭代替铜粉实验，也能得到相同结论 ．实验前，应检验装置的气密性 D．反应后集气瓶内剩余气体主要为氮气 【答】B 【详解】、注射器内气体减少的体积为氧气的体积，气体体积减少了1/5，所以氧气约占空气体积的1/5， 选项正确； B、木炭燃烧生成二氧化碳，产生了新的气体，影响实验结果，选项错误； 、实验前先组装实验仪器，然后检查装置的气密性，以免装置漏气导致结果错误，选项正确； D、空气中主要存在氮气和氧气，氧气被消耗，则剩余的气体主要为氮气，选项正确。 故选：B。 9．(2023·四川德阳·统考一模)燃烧法是测定空气中氧气含量的一种常用方法。某化学兴趣小组利用如图1 装置监测燃烧时装置中氧气的含量变化，比较蜡烛与白磷的优劣，所取蜡烛和白磷均足量，氧气传感器显 示氧气的体积分数与时间的关系如图2。下列说法正确的是( ) ．观察图2，足量的蜡烛和白磷均能完全耗尽氧气 B．若利用这两种物质燃烧测定空气中氧气含量，测定结果均偏高 ．纵坐标的数据减小后，又增大的原因是容器中氧气的量又增加了 D．若采用燃烧法测定空气中氧气含量，选用白磷的结果更接近准确值 【答】D 【详解】、观察图2 可知，氧气的体积分数都没有变为零，所以足量的蜡烛和白磷均不能完全耗尽氧气， 故错误； B、利用这两种物质燃烧测定空气中氧气含量，氧气都没有耗尽，测定结果均偏低，故B 错误； 、纵坐标的数据减小是因为氧气被消耗，又增大的原因是因为容器中气体体积减小，氧气的体积分数发生 改变，氧气的量并没有改变，故错误； D、若采用燃烧法测定空气中氧气含量，选用白磷的结果更接近准确值，因为它反应消耗氧气较彻底，故 D 正确。 故选：D。 10．(2023·海南省直辖县级单位·统考二模)用如图1 所示装置,分别进行足量的红磷或木炭在空气中燃烧的 实验(装置冷却至室温后结束实验)，测定集气瓶内的压强变化如图2 所示。 (1)图2 曲线①数据表明，红磷燃烧后集气瓶内的压强低于起始压强，原因是 。 (2)某同学根据图2 曲线②推断：不能用木炭测定空气中的氧气含量，其实验依据是 。 【答】(1)红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，产生五氧化二磷固体，气体质量减小，压强也减小 (2)燃烧消耗氧气的同时产生气体，容器内气压几乎不变，没有产生压强差 【详解】(1)图2 曲线①数据表明，红磷燃烧后集气瓶内的压强低于起始压强，原因是红磷燃烧消耗集气瓶 内的氧气，产生五氧化二磷固体，气体质量减小，压强也减小； (2)某同学根据图2 曲线②推断：不能用木炭测定空气中的氧气含量，其实验依据是燃烧消耗氧气的同时产 生气体，容器内气压几乎不变，没有产生压强差。 1．(2023·云南·统考中考真题)仿照法国化学家拉瓦锡定量研究空气成分的原理，利用如图装置测定空气中 氧气的含量，燃烧匙中应盛放的药品是( ) ．铁丝 B．木炭 ．红磷 D．硫粉 【答】 【详解】因为铁丝不能在空气燃烧，故错误； B 木炭燃烧会生成二氧化碳导致两边压强变化不明显，故B 错误； 红磷燃烧会消耗氧气，集气瓶中的液面会上升五分之一，故正确； D 硫燃烧会生成二氧化硫导致两边压强变化不明显，故D 错误； 故选： 2．(2022·甘肃金昌·统考中考真题)小亮同学设计了如图所示的装置测定空气中氧气的含量。下列关于该实 验的说法错误的是( ) ．该实验利用了铜丝的导热性 B．红磷燃烧结束后，待装置恢复至室温时再读数 ．实验成功的标志为左侧玻璃管内液面约上升到刻度1 处 D．实验成功的标志为左侧玻璃管内液面约上升到刻度4 处 【答】D 【详解】、经实验分析，该实验利用了铜丝的导热性，说法正确； B、红磷燃烧结束后，待装置恢复至室温时再读数，否则会产生误差使得体积分数计算偏大，说法正确； 、将左侧空气体积划分为5 等份，其中氧气约占1 等份，理论上实验成功管内液面约上升到刻度1 处，项 说法正确，D 项说法错误； 故选：D。 3．(2023·湖南衡阳·统考中考真题)拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来 检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是( ) ．点时容器内氮气体积分数为85% B．容器内物质总质量：b 点>点 ．氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度 D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18% 【答】 【详解】、由曲线图可知：点时容器内氧气的体积分数为15%。故容器内其余气体(氮气、稀有气体、二氧 化碳等)的浓度为85%，故氮气体积分数小于85%，故错误，不符合题意； B、由图可知，反应是在密闭容器中进行的，故根据质量守恒定律，反应前后物质的质量不变，故容器内 物质总质量：b 点=点，故B 错误，不符合题意； 、由曲线图可知：反应停止时，容器内剩余3%体积分数的氧气，由于红磷足量，故氧气有剩余，说明物 质燃烧时氧气必须达到一定浓度，故正确，符合题意； D、由曲线图可知：反应过程中氧气的体积分数减小18%，且不是质量分数，故D 错误，不符合题意。 故选：。 4．(2023·内蒙古赤峰·统考中考真题)下列是测定空气中氧气体积分数的实验装置，按要求回答问题： 实验中红磷燃烧的现象是 ；实验完毕打开止水夹，发现进入集气瓶中水的体积明显小于集气瓶中气体 体积的五分之一，可能的原因是