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空气中氧气含量测定实验的拓展1

空气中氧气含量测定实验的拓展 在探究空气中氧气的含量测定实验中, 要注意引导学生观察实验现象, 体会从实验事实 导出结论的思维过程(如图 1)。 实验中可以观察到,红磷燃烧,产生大量的白烟,放出大 量热;打开弹簧夹后,烧杯中的水沿导气管进入集气瓶中,至 约占集气瓶内空间的 1/5。 通过实验得知,空气中氧气的体积约占 1/5。 实验时,燃烧匙里要盛入过量的红磷,红磷过量,足以使钟罩中密封的氧气反应完, 使测得氧气的体积更接近空气中氧气的实际体积。这个实验还可推论出氮气不能支持燃烧; 集气瓶内水面上升一定高度后,不能继续上升,可以说明氮气不易溶于水。 红磷燃烧后生成固体五氧化二磷,使集气瓶中空气的压强变小,小于外界大气压。在外 界大气压的作用下,烧杯中的水进入集气瓶。 通过实验得出的结论是氧气约占空气总体积的 1/5,而在这个实验中,为什么有时气体 减少的体积小于 1/5 呢?导致结果偏低的原因可能有:(1)红磷的量不足;(2)瓶内氧气 没有耗尽;(3)装置漏气(如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等),使外界空气 进入瓶内;(4)未冷却至室温就打开弹簧夹,使进入瓶内的水的体积减少。 该实验中有时气体减少的体积大于 1/5,又是为什么呢?原因可能是(1)点燃红磷后, 插入燃烧匙时,瓶塞子塞得太慢,使得瓶中空气受热膨胀,部分空气溢出。(2)实验开始 时,没有夹或没夹紧止水夹。针对此实验可以展开如下拓展。 例题 1.将足量的下列物质分别放在燃烧匙上点燃(或灼烧),分别放 入四只图 2 所示装置的广口瓶中, 立即塞紧橡皮塞, 反应结束待冷却后, 打开止水夹,导管中水柱上升最少的是放入哪种物质的装置?( A.铁粉 磷 B. C.木炭 D.镁

C



解析:铁粉、磷、镁在空气被点燃后,生成物通常呈固态,而木炭燃烧后,虽然消耗了 氧气,但是生成了二氧化碳气体,并且二氧化碳气体不能全部溶解于水,所以导管中水柱上 升最少的是放木炭。 例题 2.某班同学用图 3 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明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(

D

)

①甲同学可能使用红磷的量不足,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,红磷燃烧时瓶内部分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,瓶内部分空气受热逸出 A.只有①③ C.只有①②③ B.只有②④ D.只有①②③④

解析:根据本文开始所述内容可知,对两种现象解释合理的是①②③④。 例题 3.某校化学兴趣小组就空气中氧气的含量进行实验探究: [集体讨论]: (1)讨论后同学们认为,选择的药品既要能消耗氧气,又不会跟空气中的其它成分反 应,而且生成物为固体。他们应该选择(B A.蜡烛 磷 ) B.红 C.硫粉 为了充分消耗容器中的氧气,药品的用量应保证 充足 。

(2)小组同学共同设计了如图 4 的两套装置, 你认为合理的是(填编 号)

A



为了确保实验的成功,在装药品之前应该 先检查装置的气密性 [分组实验] 在讨论的基础上,他们分组进行了实验。



[数据分析] 实验结束后,整理数据如下:(注:集气瓶容积为 100 mL)
组 别 1 20 1 2 2 3 19 4 20 2 5 2 8 6 1 进入集气瓶中水的体积 (mL)

(3)通过对实验结果的交流,大多数同学都验证出氧气约占空气体积的

1/5



通过实验还可以推断集气瓶中剩余气体的性质是 剩余气体不能燃烧,不易溶于水 。 [实验拓展] (4)小组的同学做完实验后又尝试用木炭重新做了以上实验,发现水几乎没有进入集 气瓶。 经讨论, 同学们一致认为如果事先在集气瓶内注入少量 氢氧化钠或澄清的石灰水 溶 液来吸收气体,实验也能取得较好的效果。 (5)某同学对实验进行反思后,提出了改进方法 (图 5 所示 ),你认为改进后的优点是: 不需要加热,节约能源,装置密封误差小 解析:应该选择红磷,为了充分消耗容器中的氧气,红磷的用量应保证充足。两套装置 中,比较合理的是 A 装置。为了确保实验的成功,在装药品之前应该先检查装置的气密性。 通过对实验结果的交流,能验证出氧气约占空气体积的 1/5。通过实验还可以推断集气瓶中 剩余气体不能支持燃烧,不易溶于水。用木炭重新做以上实验,如果事先在集气瓶内注入少 量氢氧化钠溶液或澄清石灰水来吸收气体,实验也能取得较好的效果。改进后的优点是,不 需要加热,节约能源,装置密封,误差小。 根据学生的实际水平,还可以设计一些其他的相关实验来进行探究活动 例题 4.右图 6 所示装置也可用来测定空气中氧气的含量。 该实验认识正确的是 ( A.选用红磷是因为反应可以耗尽 O2,生成固态的 P2O5 B.燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭 C.燃烧匙中的红磷越多,水位上升越高

A



D.本实验可以证明空气含有N2、O2、CO2 和稀有气体 解析 :若将红磷换成硫或木炭,由于生成的是二氧化硫或二氧化碳气体,会导致 密闭容器中气体压强变化不明显,影响实验结论。红磷的量要过量,以耗尽氧气,但水位的 上升高度并不与红磷的量有关, 而与空气中氧气的含量有关。 该实验只能测定空气中氧气的 体积含量, 同时说明空气中主要含氮气和氧气, 但并不能证明空气中含有二氧化碳和稀有气 体。 例题 5.为测定空气中氧气所占的体积分数,某同学设计了图 7 所示的实验,在一个耐热活塞的底部放一小块(足量)白磷(白 磷在空气中燃烧的温度为 40 ℃),然后迅速将活塞下压,可以观 察到的现象为 白磷燃烧,产生大量白烟 ;冷却至原来温度时, 松开手, 活塞最终将回到刻度 4 处, 试回答白磷燃烧的原因 迅 速将活塞下压,使空气内能增大,温度达到 40 ℃ 。 解析:迅速将活塞下压,可以观察到,白磷燃烧,产生大量白烟;冷却至原来温度时,松 开手,活塞最终将回到刻度 4 处;迅速将活塞下压,使空气内能增大,温度达到 40 ℃。 例题 6.研究性学习小组的同学为探究空气中氧气的体积分数, 设计 了图 8 所示装置。 请根据图示实验回答下列问题: (1)闭合电源开关,可以观察到白磷_燃烧,产生大量白烟_。 (2)装置冷却到室温,可观察到 U 型管内左侧液面_上升,且上升 到 1 刻度处_。 (3)通过这个实验得出的结论是_空气中氧气的体积约占 1/5_。 (4)此实验还可推知反应后剩余气体的两点性质是:_难溶于水_;_不能燃烧,也不支 持燃烧_。 解析 :闭合电源开关,电阻丝发热,温度达到 40℃时白磷燃烧,产生大量白烟。装置 冷却后,由于左侧中氧气被消耗,气体压强减小,水会在左侧中上升,且上升到 1 刻度处。 该实验的目的就是探究空气中氧气的体积分数, 故实验结论应该与之有关。 反应后剩余气体 的性质可从实验过程中推知,如该气体与水接触但未被吸收,说明其难溶于水;该气体与火 焰接触但未燃烧,说明其不能燃烧,也不能支持燃烧。 例题 7.某同学用右图所示的装置粗略地测定空气中氧气的体 积分数,图中烧杯上方玻璃管(预先固定好)中部有一可左右滑动 的活塞,活塞左端管内密封有空气,活塞右端的玻璃管口跟空气 连通,实验开始前活塞处在刻度 5 cm 处。已知生石灰与水反应能

产生大量的热; 可燃物燃烧必须同时具备二个条件, 一是有一定的温度; 二是有充足的氧气。 ⑴向烧杯内加入适量水, 与生石灰反应的目的是 与石灰水反应产生热量, 加热玻璃管 内的白磷 。 ⑵可观察到玻璃管内开始发生的现象: 白磷(足量) 燃烧, 发出白眼, 后又逐渐熄灭 , 活塞向 右 (填“左”或“右”)移动。 ⑶实验结束,恢复到常温后,活塞应停在约 4 cm 处,据此可得出的结论是: 白磷燃烧消耗玻璃管内的氧气,氧气在空气中约占空气体积的 1/5 。

解析:向烧杯内加入适量水,与生石灰反应产生热量,可以加热玻璃管内的白磷。白磷 燃烧,发出白烟,后又逐渐熄灭。活塞向右移动,应停在约 4cm 处。可得出的结论是: 白磷燃烧消耗玻璃管内的氧气,氧气在空气中约占空气体积的 1/5 。 例题 8. 为粗略测量空气中 O2 与 N2 的体积比, 某学生设计了下图所示的实验装置进行实 验。实验时,先关闭弹簧夹 a,将螺旋状的铜丝在酒精灯的灼烧后迅速插入大试管,接触试 管底部的过量的白磷,然后立即塞紧橡皮塞。由于白磷的着火点比红磷低得多,因此反应很 容易发生,可观察到大试管中产生大量的白烟。试回答以下问 题:

(1)试配平下列化学方程式: 图 10 4 P + 5 O2 —— 2 P2O5

(2)待试管冷却后打开弹簧夹,此时可观察到的现象为 烧杯中的水通过导管进入大 试管中,约占试管容积的 1/5 , 据此可证实空气中 O2 与 N2 的体积比大约为 1:4 。 (3) 如果装置气密性不好, 则测出的 O2 与 N2 的体积比将 偏小 。 (填“偏大”、 “偏 小”、或“不变”)。

解析:红磷在空气中燃烧的化学方程式为,4P+5O2===2P2O5 。 待试管冷却后打开弹簧 夹,此时可观察到的现象为,烧杯中的水通过导管进入大试管中,约占试管容积的 1/5 ;据 此可证实空气中 O2 与 N2 的体积比大约为 1:4 ; 如果装置气密性不好,则测出的 O2 与 N2 的 体积比将偏小。


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