实验05空气中氧气含量的测定

【同步实验课】空气中氧气含量的测定01实验梳理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【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】（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\*GB3①吸收热量，有利于降低温度；=2\*GB3②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\*GB3①物理性质：无色无味的气体，难溶于水；=2\*GB3②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\*GB3①装置漏气，使装置外的空气进入集气瓶中；=2\*GB3②红磷量不足，瓶内氧气没有消耗完；=3\*GB3③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（）A．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C．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【答案】D【详解】A、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；C、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（）A． B．C． D．【答案】C【详解】A、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；C、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：C。【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（）A．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40mL处C．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【答案】B【详解】A、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，A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；C、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，C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ab）和白磷（曲线ac）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（）A．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C．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【答案】C【详解】A、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8.3%、5.1%时容器中的气体主要是氮气，正确。C、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8.3%大于白磷剩余的5.1%，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5.1%，红磷消耗氧气最终剩余气体中氧气的浓度为8.3%，白磷消耗氧气更多，用白磷的效果比红磷好，正确。故选：C。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（）A．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C．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【答案】C【详解】A、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A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；C、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C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：C。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（）A．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C．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【答案】C【详解】A、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；C、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：C。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（）A．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C．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【答案】C【详解】A、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；C、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：C。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（）A．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1C．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【答案】D【详解】A、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；C、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（）A．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C．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【答案】D【详解】A、加入药品时，取足量的红磷，耗尽氧气，故A错误；B、点燃酒精灯后，红磷燃烧，产生大量白烟，故B错误；C、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C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20cm。关于该实验的有关说法错误的是（）A．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C．反应结束后切断电源，冷却至室温后左右隔板间距离约为16cmD．反应后剩余的主要气体既不能燃烧，也不支持燃烧【答案】B【详解】A、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；C、氧气约占空气总体积的五分之一，左右隔板距离为20cm，氧气的体积为20cm×1/5=4cm。实验结束切断电源，冷却至室温后左右隔板距离约为20cm4cm=16cm，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（）A．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C．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【答案】C【详解】A、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；C、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：C。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（）A．说明氧气约占空气总体积的1/5B．用木炭代替铜粉实验，也能得到相同结论C．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【答案】B【详解】A、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；C、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（）A．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C．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【答案】D【详解】A、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A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；C、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C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。【答案】(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（）A．铁丝 B．木炭 C．红磷 D．硫粉【答案】C【详解】A.因为铁丝不能在空气燃烧，故A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；C.红磷燃烧会消耗氧气，集气瓶中的液面会上升五分之一，故C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：C2．（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（）A．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C．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【答案】D【详解】A、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；C、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，C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（）A．a点时容器内氮气体积分数为85%B．容器内物质总质量：b点>c点C．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%【答案】C【详解】A、由曲线图可知：a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A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=c点，故B错误，不符合题意；C、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C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：C。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（写出一点即可）。【答案】剧烈燃烧，有白烟生成红磷的量不足/装置没有冷却到室温就打开止水夹【详解】实验中红磷燃烧的现象是剧烈燃烧，有白烟生成；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