透視空氣中氧氣含量的測(cè)定

王廷虎

(安徽省無為縣教子灣中學(xué) 238341)

空氣中氧氣含量的測(cè)定是初中化學(xué)教材中重要的探究實(shí)驗(yàn)，也是中考命題的熱點(diǎn).如何準(zhǔn)確理解并掌握空氣中氧氣含量的測(cè)定？請(qǐng)同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)時(shí)從以下幾個(gè)方面入手.

一、實(shí)驗(yàn)原理

二、實(shí)驗(yàn)儀器

集氣瓶、燃燒匙、橡皮塞、導(dǎo)氣管、燒杯、彈簧夾、乳膠管等.

三、實(shí)驗(yàn)裝置

如圖所示.

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.檢查裝置的氣密性；2.在集氣瓶中裝少量的水，再把水以上的部分分成五等份并做上記號(hào)，夾緊膠皮管；3.點(diǎn)燃燃燒匙中的紅磷，立即伸入瓶?jī)?nèi)并塞緊瓶塞；4.待紅磷燃燒停止，溫度降低到室溫后打開彈簧夾，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及水面變化的情況.

五、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

1.紅磷燃燒放出熱量，產(chǎn)生大量的白煙.

2.冷卻至室溫，打開彈簧夾，集氣瓶?jī)?nèi)水面上升，進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)的水約占瓶?jī)?nèi)液面以上容積的1/5.

六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

空氣中氧氣的體積約占空氣總體積的1/5.

七、實(shí)驗(yàn)反思

1.不能用硫、木炭、代替紅磷.因?yàn)榱蚧蚰咎咳紵螽a(chǎn)生的氣體會(huì)彌補(bǔ)反應(yīng)所消耗的氧氣體積，導(dǎo)致集氣瓶?jī)?nèi)氣體壓強(qiáng)沒有明顯變化，測(cè)得結(jié)果誤差過大(改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：可將集氣瓶?jī)?nèi)的水換成氫氧化鈉溶液).

2.不能用鎂、鐵代替紅磷.因?yàn)殒V與氧氣反應(yīng)的同時(shí)，還與空氣中的氮?dú)狻⒍趸挤磻?yīng)；而鐵絲不能在空氣中燃燒.

八、誤差分析

誤差原因注意事項(xiàng)測(cè)量結(jié)果偏低紅磷不足,氧氣不能耗盡紅磷要足量裝置漏氣會(huì)使裝置外的空氣進(jìn)入裝置氣密性要好未等集氣瓶冷卻就打開止水夾待集氣瓶冷卻到室溫后再打開止水夾測(cè)量結(jié)果偏高燃燒匙伸入過慢,會(huì)使裝置內(nèi)的氣體受熱逸出,而導(dǎo)致進(jìn)入瓶中的水的體積偏多點(diǎn)燃紅磷后迅速將燃燒匙伸入集氣瓶

九、典例分析

例1 暖寶寶貼(主要成分為鐵粉、木炭、食鹽)的熱量來源于鐵粉的氧化.小濤同學(xué)設(shè)計(jì)使用暖寶寶貼來測(cè)定空氣中氧氣的含量，實(shí)驗(yàn)開始前的裝置如圖所示，實(shí)驗(yàn)后從量筒中流入玻璃瓶(容積為250 mL)中的水的體積為45 mL(鐵粉生銹消耗的水忽略不計(jì)).下列說法錯(cuò)誤的是( ).

A.實(shí)驗(yàn)前必須檢查裝置的氣密性

B.通過本次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)得空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為18%

C.若實(shí)驗(yàn)測(cè)得空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)偏低，可能是暖寶寶貼的使用數(shù)量不足

D.必須等溫度計(jì)的讀數(shù)恢復(fù)至實(shí)驗(yàn)前的溫度后才能記錄量筒內(nèi)剩余水的體積

點(diǎn)評(píng)空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵有以下幾方面：①一般來講，選擇的藥品必須是在空氣中只與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并且產(chǎn)物是固體；②藥品要足量，確保將氧氣完全耗盡；③裝置氣密性良好；④要注意冷卻至室溫再打開止水夾進(jìn)行讀數(shù).

例2 為驗(yàn)證空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，小明按圖甲所示的裝置進(jìn)行了多次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)每次測(cè)得的氧氣體積分?jǐn)?shù)總是遠(yuǎn)小于21%，他認(rèn)為誤差主要由實(shí)驗(yàn)裝置造成，于是改用圖乙裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，步驟如下：①連接裝置并檢查氣密性；②在量筒內(nèi)加入100mL的水；③在廣口瓶中加入少量水，使瓶?jī)?nèi)空氣體積為250mL；④在燃燒匙內(nèi)放入過量的紅磷，塞緊瓶塞，關(guān)閉止水夾，接通電源使電烙鐵發(fā)熱，點(diǎn)燃紅磷后，斷開電源；⑤燃燒結(jié)束并充分冷卻后，打開止水夾，待量筒內(nèi)水面不再下降時(shí)，記錄量筒內(nèi)水的體積為65mL.

(1)小明按如甲裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，該如何檢查裝置的氣密性？____.(2)與裝置甲相比，裝置乙中使用電烙鐵可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，其原因是：____.(3)根據(jù)本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為____.

小明發(fā)現(xiàn)，測(cè)量結(jié)果與真實(shí)值仍有較大差距，查閱資料發(fā)現(xiàn)，引起本實(shí)驗(yàn)的誤差除裝置外，還與可燃物的性質(zhì)有關(guān).

解析(1)檢驗(yàn)此裝置的氣密性時(shí)，可將導(dǎo)管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導(dǎo)管口是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好.(2)與裝置甲相比，裝置乙中使用電烙鐵可以減小實(shí)驗(yàn)誤差，其原因是改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷，避免瓶?jī)?nèi)空氣外逸而造成實(shí)驗(yàn)誤差.(3)量筒內(nèi)減少的體積即為氧氣的體積，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=(100 mL-65 mL)/250 mL×100%=14%.

答案 (1)將導(dǎo)管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導(dǎo)管口是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好 (2)改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點(diǎn)燃紅磷，避免瓶?jī)?nèi)空氣外逸而造成實(shí)驗(yàn)誤差好 (3)14%

點(diǎn)評(píng)本題考查了空氣中氧氣的含量的探究，并且注重了實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)，對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)是近幾年中考的一個(gè)重點(diǎn)，評(píng)價(jià)包括對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)過程的評(píng)價(jià)、實(shí)驗(yàn)結(jié)論的評(píng)價(jià)等，要認(rèn)真把握.

例3 實(shí)驗(yàn)探究是科學(xué)探究的重要形式，請(qǐng)參與以下探究活動(dòng)并回答問題：

(1)A裝置是人教版教材設(shè)計(jì)的“測(cè)量空氣里氧氣的含量”的實(shí)驗(yàn)裝置，教材實(shí)驗(yàn)所需試劑是水和____(填物質(zhì)名稱)，實(shí)驗(yàn)前向集氣瓶?jī)?nèi)加入少量水后將水面上方空間準(zhǔn)確分為五等份，該操作中一定要使用的儀器是____.

(2)小華用A裝置測(cè)定的氧氣含量偏低，可能的原因是____(任答一點(diǎn)).

(3)B裝置也可用于測(cè)量空氣中氧氣的含量，其實(shí)驗(yàn)原理用化學(xué)方程式可表示為____.

(4)使用B裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)需交替緩慢推動(dòng)兩個(gè)注射器活塞的原因是____，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后移開酒精燈，恢復(fù)到室溫后讀數(shù)即可計(jì)算出氧氣含量，B裝置的優(yōu)點(diǎn)是____(任寫一點(diǎn)).

解析(1)A裝置是人教版教材設(shè)計(jì)的“測(cè)量空氣里氧氣的含量”的實(shí)驗(yàn)裝置，教材實(shí)驗(yàn)所需試劑是水和紅磷，實(shí)驗(yàn)前向集氣瓶?jī)?nèi)加入少量水后將水面上方空間準(zhǔn)確分為五等分，該操作中一定要使用的儀器是刻度尺.(2)造成該實(shí)驗(yàn)不夠精確的可能原因是裝置漏氣、紅磷的量不足等.(3)銅與氧氣在加熱的條件下反應(yīng)生成氧化銅.(4)在實(shí)驗(yàn)的加熱過程中，交替緩慢推動(dòng)兩個(gè)注射器活塞的目的是使注射器內(nèi)氧氣與銅粉充分反應(yīng)；B裝置的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)始終在密閉容器中進(jìn)行，測(cè)量結(jié)果更準(zhǔn)確.

點(diǎn)評(píng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)裝置，回憶實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)，從而回答該實(shí)驗(yàn)的有關(guān)問題.對(duì)于實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，要從原理上來考慮并進(jìn)行合理的評(píng)價(jià).