空氣中氧氣含量的測定

趙培龍

要點(diǎn)提煉

要點(diǎn)1：實(shí)驗(yàn)原理

物質(zhì)在密閉容器中與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，使密閉容器中的壓強(qiáng)減小，由于壓強(qiáng)差，燒杯中的水被大氣壓壓入容器，進(jìn)入容器中的水的體積約等于反應(yīng)消耗的氧氣的體積。

要點(diǎn)2：誤差分析

（1）測定結(jié)果偏小的原因：①紅磷的量不足，導(dǎo)致裝置中的氧氣未被消耗完;②裝置氣密性不好，導(dǎo)致外界空氣進(jìn)入裝置內(nèi);③沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾，導(dǎo)致進(jìn)入集氣瓶中的水的體積偏小。

（2）測定結(jié)果偏大的原因：①沒有夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時集氣瓶內(nèi)的氣體受熱膨脹，沿著導(dǎo)管逸出;②燃燒匙伸入集氣瓶過慢，使裝置內(nèi)的部分氣體受熱逸出。

要點(diǎn)3：紅磷替代藥品的選擇

（1）藥品在空氣中易被點(diǎn)燃。如：不能用鐵絲代替紅磷的原因是鐵絲在空氣中不能燃燒。

（2）藥品只與空氣中的氧氣反應(yīng)而不與空氣中的其他物質(zhì)反應(yīng)。如：不能用鎂條代替紅磷的原因是鎂條不僅與空氣中的氧氣反應(yīng)，還能與氮?dú)?、二氧化碳反?yīng)，會使得測量的結(jié)果偏大。

（3）盡可能選擇與氧氣反應(yīng)只生成固體的藥品。若選擇的藥品與氧氣反應(yīng)有氣體生成，應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)脑噭┪丈傻臍怏w。如：不能用木炭（或硫粉）代替紅磷的原因是木炭（或硫粉）燃燒后產(chǎn)生的氣體會彌補(bǔ)集中瓶中反應(yīng)所消耗的氧氣的體積，導(dǎo)致測得的氧氣的體積不準(zhǔn)確。若用木炭（或硫粉）代替紅磷時，應(yīng)選用氫氧化鈉溶液吸收生成的二氧化碳（或二氧化硫）。

拓展提升

1. 實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)

（1）改進(jìn)原因。①實(shí)驗(yàn)時在容器外點(diǎn)燃紅磷，燃燒產(chǎn)物會污染環(huán)境，將燃著的紅磷伸入集氣瓶時，空氣受熱膨脹逸出，會使得測量結(jié)果偏大，因此可改進(jìn)為在密閉容器中進(jìn)行。②集氣瓶的刻度讀數(shù)較粗略，且會有部分水殘留在導(dǎo)管中，使測量結(jié)果不準(zhǔn)確。

（2）改進(jìn)思路。①點(diǎn)燃方式的改進(jìn)：實(shí)驗(yàn)過程中不打開裝置，使裝置始終保持密閉，如圖1、圖2所示。②測量方式的改進(jìn)：利用量筒或注射器等測量儀器，減小實(shí)驗(yàn)誤差，使測定結(jié)果更加精確，如圖3所示。

2.實(shí)驗(yàn)原理的創(chuàng)新

為減小實(shí)驗(yàn)誤差，可利用鐵的銹蝕（如圖4）、加熱銅絲（如圖5）測定空氣中氧氣的含量，結(jié)果更準(zhǔn)確。

探究應(yīng)用

例 空氣中氧氣含量測定的再認(rèn)識。

【實(shí)驗(yàn)回顧】圖6是實(shí)驗(yàn)室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。

（1）實(shí)驗(yàn)原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內(nèi)

減小，燒杯中的水倒吸入集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規(guī)范，用量筒測量進(jìn)入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量。

【提出問題】有實(shí)驗(yàn)資料表明：燃燒過程中當(dāng)氧氣體積分?jǐn)?shù)低于7%時，紅磷就無法繼續(xù)燃燒，因此通過上述實(shí)驗(yàn)，測量結(jié)果與理論值誤差較大。

【實(shí)驗(yàn)改進(jìn)】根據(jù)鐵在空氣中生銹的原理設(shè)計(jì)如圖7裝置，再次測定空氣中氧氣的含量。裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹，通過鐵生銹來消耗瓶中的氧氣。測得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

[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/mL 80.0 54.5 126.0 ]

【表達(dá)交流】（2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計(jì)算，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)后測得的空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是? ?___________? ? 。（計(jì)算結(jié)果精確到0.1%）

（3）從實(shí)驗(yàn)原理角度分析，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)結(jié)果比前者準(zhǔn)確度更高的原因是：

①? ? ? ____________________? ? ? ?;②? ? ? ____________________? ? 。

答案：（1）壓強(qiáng) （2）20.2% （3）①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確 ②測量時考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物后的集氣瓶容積，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確