空氣中氧氣含量測定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)及相關(guān)題型

摘要：結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)裝置及近年來中考常涉及的創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)裝置，幫助學(xué)生歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)的考點(diǎn)，通過訓(xùn)練強(qiáng)化學(xué)生對原理的理解和應(yīng)用.

關(guān)鍵詞：燃燒；實(shí)驗(yàn)

作者簡介：曹明華（1979-），男，江蘇海安人，本科，中學(xué)一級，方向?yàn)橹饕芯砍踔谢瘜W(xué)教學(xué)研究.空氣中氧氣含量測定是人教版九年級化學(xué)上冊的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，教材實(shí)驗(yàn)裝置中選擇的可燃物是紅磷.實(shí)驗(yàn)原理是：紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣且生成了五氧化二磷的白色固體，使密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)減小，外界大氣壓將水沿導(dǎo)管壓入集氣瓶內(nèi)，進(jìn)入瓶中水的體積即為減少的氣體體積.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：（1）紅磷燃燒產(chǎn)生大量的白煙，放出熱量；（2）打開彈簧夾，燒杯內(nèi)的水沿導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶，約占集氣瓶容積的1/5.反應(yīng)化學(xué)方程式：4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：（1）氧氣約占空氣總體積的1/5；（2）空氣中還有4/5體積的氣體，不可燃也不助燃且不溶于水.

實(shí)驗(yàn)誤差分析：（1）實(shí)驗(yàn)后若結(jié)果偏小，可能的原因有：紅磷量不足、裝置漏氣、沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾；（2）實(shí)驗(yàn)后若結(jié)果偏大，可能的原因有：彈簧夾沒有夾緊、燃燒匙伸入集氣瓶內(nèi)過慢.

實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵：紅磷足量；裝置的氣密性良好；操作時(shí)要注意待集氣瓶冷卻到室溫后再打開彈簧夾等.可燃物紅磷的替代品應(yīng)滿足的條件是：（1）可燃物能夠在空氣中燃燒；（2）可燃物在空氣中燃燒時(shí)只消耗氧氣，不與空氣中的其他成分反應(yīng)；（3）可燃物燃燒時(shí)只生成固體（若生成物是氣體，可將水換成易吸收該氣體的溶液）.

實(shí)驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)分析：實(shí)驗(yàn)化教材中的實(shí)驗(yàn)操作簡單，現(xiàn)象明顯直觀，但實(shí)驗(yàn)開始時(shí)在空氣中點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)紅磷會對空氣造成污染.針對課本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，改進(jìn)方案的基本思路包括兩個(gè)方面：

方案一：著火點(diǎn)方式的改進(jìn)

如將紅磷換成白磷，通過光、熱使其在密閉的環(huán)境中燃燒，既減少對空氣的污染又保證實(shí)驗(yàn)的成功，如圖1.

方案二：反應(yīng)物的改進(jìn)

如反應(yīng)物可以用銅代替，因?yàn)殂~在密閉裝置中，加熱的條件下與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化物，氣體體積的減少量即為空氣中氧氣的含量，如圖2.

近兩年有關(guān)這部分的中考命題內(nèi)容及考查角度則是以空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，考查藥品的選擇、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論、誤差分析等知識.

二、相關(guān)中考題型鏈接

例1（1）用圖3甲裝置測定空氣中氧氣的含量，證明氧氣約占空氣總體積的1/5，圖中a、b兩種物質(zhì)可分別選用（選序號）.

A.鐵絲、水B.紅磷、水

C.木炭、NaOH溶液D.硫粉、水

（2）圖乙是對圖甲測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)（圖甲中a所對應(yīng)的藥品均用酒精燈點(diǎn)燃），你認(rèn)為改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)是（選序號）.

A.節(jié)約能源B.不會對空氣造成污染

C.測定結(jié)果更加準(zhǔn)確D.操作簡便、安全

解析（1）空氣中氧氣含量測定實(shí)驗(yàn)的原理是：通過可燃物燃燒消耗集氣瓶內(nèi)的氧氣，使瓶內(nèi)壓強(qiáng)減小，燒杯中的水倒流進(jìn)入瓶內(nèi)，通過進(jìn)入的水的體積間接測量空氣中氧氣的體積，所以實(shí)驗(yàn)過程中集氣瓶內(nèi)的氧氣是否完全耗盡是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵.鐵絲不能在空氣中燃燒，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；紅磷燃燒生成五氧化二磷固體，故選項(xiàng)B正確；木炭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w，二氧化碳?xì)怏w能被氫氧化鈉溶液吸收，故選項(xiàng)C正確；硫燃燒生成二氧化硫氣體，二氧化硫氣體不能被水完全吸收，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤；（2）圖甲必須將藥品點(diǎn)燃后才能伸入集氣瓶內(nèi)，而圖乙中的白磷著火點(diǎn)較低，用激光筆就可以點(diǎn)燃，從而節(jié)約了能源，且裝置始終保持密封，操作簡便，沒有污染，測定結(jié)果更加準(zhǔn)確.

【答案】（1）B C（2）A B C D

例2實(shí)驗(yàn)回顧：圖4甲是實(shí)驗(yàn)室測定空氣中氧氣含量的裝置.

（1）寫出集氣瓶內(nèi)紅磷燃燒的化學(xué)方程式.

（2）實(shí)驗(yàn)原理：通過紅磷燃燒耗盡氧氣，使集氣瓶內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，在此壓強(qiáng)差的作用下，水被壓入集氣瓶.進(jìn)入集氣瓶中水的體積即為的體積.

【提出問題】興趣小組用上述方法測定的氧氣含量常常小于1/5，查閱資料發(fā)現(xiàn)：空氣中的氧氣含量低于7%時(shí)，紅磷就不能繼續(xù)燃燒，提出用怎樣的實(shí)驗(yàn)方法可以使測定結(jié)果與理論值誤差相對較?。?/p>

【實(shí)驗(yàn)探究】Ⅰ.根據(jù)鐵生銹的原理，探究用鐵能否準(zhǔn)確測定空氣中氧氣的含量.實(shí)驗(yàn)裝置如圖4乙，浸有飽和食鹽水的紙袋內(nèi)裝有活性炭粉（會加快鐵的生銹）和足量的鐵粉.Ⅱ.測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1

表1測量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后燒杯中水

的體積燒杯中剩余

水的體積集氣瓶（扣除內(nèi)容

物）和導(dǎo)管的容積體積/mL80.054.5126.0【交流表達(dá)】（1）根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算，實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后測得空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是.

（2）對照兩套實(shí)驗(yàn)裝置，你認(rèn)為通過改進(jìn)后測定結(jié)果更準(zhǔn)確的原因是（選序號）.

A.裝置密閉性更好B.不會對空氣造成污染

C.鐵的緩慢氧化使集氣瓶內(nèi)氧氣充分耗盡

D.測量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物

解析【實(shí)驗(yàn)回顧】（1）紅磷燃燒的化學(xué)方程式為：4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5.（2）通過紅磷燃燒耗盡氧氣，使集氣瓶內(nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差，在此壓強(qiáng)差的作用下，水被壓入集氣瓶，進(jìn)入其中水的體積約等于瓶中氧氣的體積，可以粗略測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù).

【交流表達(dá)】（1）由表1數(shù)據(jù)可知，消耗的氧氣的體積是： 80mL﹣54.5mL=25.5mL， 故空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為：25mL126mL×100%≈1202%.（2）對照兩套實(shí)驗(yàn)裝置，通過改進(jìn)后測定結(jié)果更準(zhǔn)確的原因是：裝置密閉性更好、鐵的緩慢氧化使集氣瓶內(nèi)氧氣充分耗盡、測量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確.

答案【實(shí)驗(yàn)回顧】4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5

【交流表達(dá)】（1）20.2%（2）A C D

參考文獻(xiàn)：

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