专题1 测定氧气体积分数与红磷燃烧实验-2023-2024学年九年级化学实验探究同步培优（通用版）

九年级化学实验探究同步培优专题1测定氧气体积分数与红磷燃烧实验姓名：_________班级：_________学号：_________一、实验探究题1．白磷在水中燃烧非常有趣。按照图1所示装进行实验时，由于热水的温度（约80℃）明显高于白磷的熔点（约44℃），会使白磷熔化，再加上氧气流的冲击，易造成白磷分散，氧气与白磷难以充分接触，燃烧现象时隐时现，且白磷燃烧的产物与水反应后会生成刺激呼吸道黏膜的有毒物质偏磷酸（HPO3）。李老师思考后，对实验进行改进，得到图2装置。（1）可燃物燃烧时需要同时满足_______________________、_______________________两个条件。（2）白磷在热水中剧烈燃烧的化学方程式是_______________________。（3）图2装置中小气球的作用是_______________________。（4）本实验对鸟巢状铁丝绒的形状有要求，如果太稀疏，白磷容易掉落；如果太紧密，会导致_______________________。（5）图2相比于图1，不仅能看到白磷在水中燃烧的明显现象，还具有_______________________的优点（答一点即可）。2．甲、乙、丙三同学在学完了第二单元后，对测定空气中氧气含量的实验非常感兴趣，想探究能否用其它物质来代替红磷完成该实验。他们选取了以下几种物质：铁丝、硫粉、木炭、镁条（镁是一种金属）。凭已有知识他们进行了讨论：（1）请写出红磷燃烧的符号表达式：_______________________。（2）甲同学首先认为不能用铁丝代替红磷，理由是_______________________，乙同学认为也不能用硫粉、木炭代替红磷，理由是______________________________________________。（3）丙同学认真思考乙同学的理由后认为：若用木炭来代替红磷且实验要获得成功必须作改进。他预先在集气瓶中装了一种物质，结果实验成功了，你认为他预先在集气瓶中装的物质必须具备的性质是：_______________________。（4）对于镁条三同学凭已有的知识无法判断，他们于是进行了如下的探究：他们用如图2所示装置和光亮镁条进行实验，将镁条点燃后迅速放入瓶中燃烧，观察到镁条发出耀眼的白光，有白色粉末状物质产生，冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积约占集气瓶容积的70%（实验过程中所有操作都是正确的）。①冷却后水能进入集气瓶中的原因是________________________________________________________；②为了让实验取得成功，该同学进行实验时的第一步是_______________________；③如果镁条只和空气中的氧气反应，则进入集气瓶中水的体积最多超过其容积的五分之一，现进入集气瓶中水的体积约为其容积的70%，根据空气的组成可推出减少的气体中有氮气。问题：氮气为什么减少呢？假设一：氮气与瓶内其它物质反应而减少。假设二：_______________________。④通过以上实验你认为能否用镁条代替红磷测定空气中氧气含量____________。（5）三位同学又设计了图3所示的装置进行实验。在等体积的甲乙两集气瓶内充满空气，燃烧匙内分别盛有过量的红磷和硫，点燃使其充分反应。冷却至室温后，打开止水夹。回答下列问题：下列说法正确的是____。A．甲瓶中有水流入，乙瓶没有水流入B．乙瓶中有水流入，甲瓶没有水流入C．甲、乙两瓶均有水流入D．甲、乙两瓶中均无水流入3．用来测定空气成分的方法很多，图1所示的是小明用红磷在空气中燃烧的测定方法。实验过程是：第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧。第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5。请回答下列问题：（1）上面的实验证明了氧气有___________的性质，同时也证明了氮气有哪些化质？______________________________________________。（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积少于总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是_______________________；_______________________（回答两点）。（3）小亮同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示），你认为改进后的优点是：______________________________________________。（4）小林同学指出图2装置仍有不足之处，并设计了图3装置。其中气球的作用是______________________________________________。4．某同学用下图1所示装置验证空气中氧气的体积分数，图2表示用氧气传感器测量的容器内氧气浓度变化曲线图。【提出问题】红磷在烧瓶内熄灭后，瓶中是否有氧气剩余？【猜想假设】猜想：①有氧气剩余；②无氧气剩余。【进行实验】按图1装置，利用高能激光笔照射燃烧匙上的足量红磷，红磷燃烧直至熄灭；待装置完全冷却后，将装有足量白磷的燃烧匙提出水面，再次用高能激光笔照射白磷，白磷燃烧。（1）【得出结论】分析上述实验现象，猜想_____________正确。（2）【反思交流】写出红磷燃烧的化学方程式_______________________。根据本实验的结论，用“燃烧红磷测定空气中氧气含量”的方法不够准确，理由是______________________________________________。（3）在图2中_____________点（填曲线上“A、B、C、D、E”）时红磷燃烧熄灭；曲线DE段氧气浓度变化的主要原因是_______________________。5．某兴趣小组按下图组装仪器，关闭弹簧夹，通电使红磷燃烧。请回答下列问题（1）红磷燃烧的符号表达式是_______________________；（2）红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，你认为原因是_______________________；（3）实验完毕，进入集气瓶中的水不到总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是___________________(写一种原因)。（4）与教材实验相比，该实验采用电热棒点燃红磷，比用酒精灯点燃红磷的优点是______________________________________________。（5）通过该实验可得出氮气的一条物理性质是_________________________。6．“取火有方，驭火有术”，学科兴趣小组对物质的燃烧进行如下探究。【查阅资料】着火点：白磷40℃，红磷240℃。（1）探究一探究物质燃烧的条件如图1，烧杯中装有60℃水，底部放白磷。试管a﹑b中放入红磷与白磷，塞上橡胶塞，放入烧杯中。观察到只有试管a中有白烟生成。写出图1试管a中发生反应的化学方程式_______________________，该反应属于_________反应（填基本反应类型）。（2）通过对比试管a、b实验现象，说明可燃物燃烧需要的条件是_______________________。（3）在实验过程中发现白磷燃烧不剧烈，可能的原因是O2不足，小傅同学对实验进行改进，如图2，请写出物质M、N发生反应的化学方程式_______________________。（4）探究二氧气的量对物质燃烧程度的影响取5g白磷放入试管，将温度传感器探头插入图2左边试管底部，放入60℃水中，5秒后，将物质M注入试管中，采集数据曲线如图3所示。B点温度比A点高，说明左边试管发生的反应是______________（填“吸热”或“放热”）反应。（5）根据D点温度比B点高，本实验可获得的结论是_______________________。（6）探究三氧气的量对燃烧产物的影响可燃物与氧气的质量比的取值范围影响燃烧产物的种类，下面数轴中x、y表示参加反应的木炭和氧气的质量比，则x=_____________，y=_____________。7．空气中氧气含量测定的再认识。【实验回顾】图1是教材中用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。（1）【实验原理】由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，生成了五氧化二磷固体，使得集气瓶内_______________，在外界大气压的作用下，烧杯中的水被压入集气瓶中。若红磷足量，且装置的气密性良好，操作规范，则进入的水的体积约占集气瓶容积的15（2）【查阅资料】五氧化二磷有强腐蚀性，不可用手直接触摸或食用，也不可直接闻气味。【实验改进】兴趣小组的同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示实验装置），其中，将一个微型玻璃管作为反应容器，左侧用橡胶塞密闭，右侧放有一个可以自由移动的活塞（忽略摩擦力）。【实验过程】向玻璃管中充入空气，使右侧活塞移至刻度5处，检查装置气密性的方法是：先将活塞拉至刻度6处，放手后，若观察到_______________________，则说明装置气密性良好。（3）在密闭的玻璃管内铺上足量红磷（右侧活塞位置依然在刻度5处），点燃酒精灯，观察到红磷燃烧后熄灭酒精灯。【观察现象】玻璃管内红磷燃烧，产生_____________，活塞先向____________移动，再向____________移动，最后静止在刻度____________处。（4）【解释与结论】①红磷燃烧的文字表达式为____________________________________。②根据活塞静止的位置，可得到关于空气组成的结论是____________________________________。③玻璃管里剩余的气体主要是氮气，由该实验能推测出氮气具有的化学性质是________________________。④实验过程中，影响密闭容器中气体压强的因素有____________（填序号）。①密闭容器的容积②温度③气体的量（5）【表达与交流】①你认为改进后的优点是：________________________。（写出一点即可）②不能用木炭代替红磷测定氧气含量的原因是________________________________________________。8．某化学兴趣小组对课本实验“测定空气中氧气的含量”，实验完毕后集气瓶中是否还含有氧气产生质疑，于是同学们设计了如图装置来探究磷在空气中燃烧后氧气浓度的变化情况。【提出问题】足量红磷在密闭的广口瓶内燃烧熄灭后，容器中是否有氧气剩余？【作出猜想】①有氧气剩余；②无氧气剩余。【实验验证】该小组同学按图组装好实验装置，利用高能激光笔照射燃烧匙上的红磷，红磷燃烧直至熄灭；待装置完全冷却后，将装有白磷的燃烧匙提出水面，再次用高能激光笔照射，白磷居然也被点燃。（1）激光笔的作用是________________________。（2）红磷燃烧产物与瓶底的热水发生化合反应生成磷酸，其反应的文字表达式为____________________________________。（3）【实验结论】根据上述实验现象，得出的结论是：猜想____________正确。（4）【拓展延伸】如图是该小组同学从开始实验到最后装置冷却后的整个实验过程中，用传感器测量容器内氧气浓度变化的曲线图，请分析。用红磷燃烧的方法____________（填“能”或“不能”）精确地测定空气中氧气的含量，理由是________________________________________________。（5）在图2中____________（填“A、B、C、D、E”）点时红磷燃烧熄灭；白磷开始燃烧至燃烧结束对应的曲线为____________段（用字母表示）。（6）【反思与评价】兴趣小组分析对比曲线BC段和DE段，得出了“不同物质燃烧，需要的氧气浓度不一样”的结论。同学们由此联想到课本上的一个实验：____________（填物质名称）在空气中不能点燃，但在氧气中能点燃并剧烈燃烧。9．空气中氧气含量测定的再认识。（1）【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图1），写出红磷燃烧的化学反应方程式________________________。如果红磷不足，会导致测定的空气中氧气含量结果__________（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。【原理应用】兴趣小组同学用家用制氧机（如图2）制取并收集了一袋气体，带到实验室对其进行研究。家用制氧机的工作原理是用分子筛分离空气获得氧气，分子筛是一种内部分布有均匀微小孔径的固体，通过特制的分子筛把空气中的氧分子吸入孔穴而与其它分子分离，该变化属于____________（填“物理”或“化学”）变化。该方法制得的氧气浓度如何？兴趣小组同学设计了如图3所示装置来测定氧气的含量。请将下列实验步骤补充完整：检查____________。②加入药品，将装置连接固定。③打开止水夹a和b，向A中缓慢鼓入一定量气体，露出白磷后，关闭止水夹a和b．此时，A中水进入到B中，测得B中水的体积为V1mL。④用凸透镜聚光引燃白磷，白磷燃烧，产生大量____________。⑤待白磷熄灭并冷却到室温，进行____________操作。B中水倒吸进入到A中，测得量筒中的体积变为V2mL。⑥计算小组同学所带气体中氧气的体积分数。（2）下列有关这个实验的说法中，正确的有____________A．步骤③中，仰视量筒读数会使测得的V1数值偏低；B．步骤④中，白磷燃烧时要保持关闭止水夹a和b；C．步骤⑤中，未冷却至室温会使测得的小组同学所带气体中氧气的含量偏高；D．与图1相比，图3装置的优点有：误差减少和污染减少。（3）经测定V1=210mL；V2=50mL，则小组同学所带气体中氧气的体积分数为%（精确到0.1%）（拓展延伸）为了帮助同学们更好地理解测定氧气含量的实验原理，老师利用传感器技术定时测定了实验装置（如图4）内的压强、温度和氧气浓度，三条曲线变化趋势如图5所示。X曲线表示压强变化趋势，Y曲线表示____________（填“温度”或“氧气浓度”）的变化趋势。结合Y、Z两条曲线，解释图5中AB段压强变化的原因是________________________________________________。10．空气中氧气含量测定的再认识（1）【实验回顾】课本中用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（如图1）。如果红磷的用量不足，实验中可能出现的现象是______________________________________________，分析出现该现象的原因是________________________。（2）【实验创新】小明根据铁生锈原理（铁在潮湿空气中与氧气反应生成铁锈），探究铁能否准确测定空气中氧气的含量，于是进行了实验（如图2），（提示：炭粉与氯化钠的作用是加快反应速率），反应8分钟后测得的数据如表：测量项目实验前实验后烧杯中水的体积集气瓶（扣除内容物）和导管的容积烧杯中剩余水的体积体积/mL80.0180.043.1依据该实验数据，计算出空气中氧气含量为____________。（精确到0.1%）（3）与用红磷相比，用铁生锈方法测定的主要优点是：________________________。（4）小军同学设想用图1装置，换用铁丝代替红磷将其燃烧，进行氧气含量的测定，你认为是否可行？（填“可行”或“不行”），理由是________________________。参考答案1．（1）与氧气（或空气）接触；温度达到可燃物的着火点（2）4P+5（3）收集生成物，防止空气污染（4）燃烧不充分（5）试管口有气球，能防止生成的五氧化二磷污染环境【解析】(1)可燃物燃烧必须同时满足与氧气（或空气）接触、温度达到可燃物的着火点两个条件；(2)白磷在水中燃烧生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O(3)图2装置中小气球的作用是收集生成物，防止空气污染；(4)本实验对鸟巢状铁丝绒的形状有要求，如果太稀疏，白磷容易掉落；如果太紧密，会导致燃烧不充分；(5)图2相比于图1，不仅能看到白磷在水中燃烧的明显现象，图2装置中试管口有气球，能防止生成的五氧化二磷污染环境。2．（1）P+（2）铁丝在空气中无法燃烧；产物是气态，占据了被消耗氧气的体积（3）能够完全吸收二氧化碳气体（4）瓶内气体体积减少，压强降低，外界大气压将水压入瓶中；检查装置气密性；氮气与镁条反应而减少；不能（5）C【解析】（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，符号表达式为P+O（2）铁丝在空气中不能燃烧，则不能代替红磷测定空气中氧气含量；硫粉、木炭燃烧的产物是气态，占据了被消耗氧气的体积，不能代替红磷测定空气中氧气含量。（3）由于木炭燃烧生成二氧化碳气体，若用木炭代替红磷，实验成功，则预先在集气瓶中装的物质必须具备的性质是能够完全吸收二氧化碳气体。（4）①由于镁燃烧消耗氧气，瓶内气体体积减少，压强降低，外界大气压将水压入瓶中；②该实验要求装置气密性必须良好，则实验时的第一步是检查装置气密性；③结果偏大，而空气含量最多的为氮气，则可能原因为氮气与镁条反应而减少；④由于镁条测出结果不准确，则不能用于测定空气中氧气含量。（5）甲瓶中红磷燃烧消耗氧气，装置中气体减少，乙瓶中硫燃烧生成二氧化硫，由于甲瓶与乙瓶相连通，则打开止水夹后，两瓶中均会有气体流入，故答案为：C。3．【答案】（1）助燃；氮气不助燃也不能燃烧、难溶于水（2）装置漏气；磷的量不足（3）实验一直在密闭容器中进行，测量的数据更准确（4）缓冲压强的作用，防止瓶塞被冲出【解析】（1）红磷能在集气瓶中燃烧，说明氧气能助燃；剩余的氮气不燃烧红磷熄灭，水进入装置后氮气仍然存在，说明氮气不助燃也不能燃烧、难溶于水；

（2）红磷量不足氧气不能完全消耗，实验过程中瓶内空气会受热膨胀所以不冷却就打开止水夹，装置漏气等都会使进入的水量变小，测量结果偏小；

（3）改进后实验一直在密闭容器中进行，测量的数据更准确；

（4）磷燃烧放热，气体膨胀，气球可以起到缓冲压强的作用，防止瓶塞被冲出。4．（1）①（2）4P+5O（3）C；白磷燃烧消耗氧气【解析】（1）由于将装有足量白磷的燃烧匙提出水面，再次用高能激光笔照射白磷，白磷燃烧，说明装置内含有氧气，即红磷没有把氧气消耗尽，因此猜想①正确；（2）红磷燃烧生成五氧化二磷，该反应方程式为4P+5O根据本实验的结论，用“燃烧红磷测定空气中氧气含量”的方法不够准确，理由足量红磷不能把装置中的氧气消耗尽；（3）AB段激光笔的加热温度还未达到红磷着火点，红磷未燃烧，红磷只能发生缓慢氧化，消耗少量的氧气，当红磷点燃时，氧气浓度骤然降低，此时应该是B点，红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固态，当红磷熄灭时，氧气应该被消耗掉较多，此时氧气浓度较低位置，所以C点时红磷燃烧熄灭；DE段时白磷被点燃，燃烧发生，消耗氧气，所以浓度出现较大变化。5．（1）P+O2→（3）装置气密性差(或未冷却到室温即打开弹簧夹)（4）实验过程中装置密封，实验结果更加精确或环保（5）难溶于水或不易溶于水或不溶于水【解析】（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的符号表达式是P+O（2）红磷燃烧一段时间后，自动熄灭了，原因是集气瓶中的氧气消净了。（3）实验完毕，进入集气瓶中的水不到总容积的1/5，导致这一结果的原因可能的原因是红磷的量不足导致氧气未被完全耗或装置漏气或未等集气瓶冷却至室温就打开弹簧夹等。（4）用电热棒点燃红磷不需在瓶外点燃，代替教材中用酒精灯点燃红磷的优点测量更精确，减小实验误差，或减少了空气污等。（5）冷却至室温后，打开弹簧夹烧杯中的水沿导管进入集气瓶中，集气瓶内液面上升至1刻度处不再上升，说明剩余的气体难溶于水。6．（1）4P+5O2点燃（3）2H2O2Mn（6）38；【解析】（1）图1试管a中发生反应为白磷燃烧生成五氧化二磷，该反应的化学方程式为：4P+5O该反应符合“多变一”的特点，属于化合反应；（2）试管a中白磷与氧气接触，温度达到了着火点，燃烧，试管b中红磷与氧气接触，但是温度没有达到着火点，不燃烧，说明燃烧需要温度达到可燃物的着火点；（3）在实验过程中发现白磷燃烧不剧烈，可能的原因是O2不足，故物质M和N能反应生成氧气，该装置适用于过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，过氧化氢在二氧化锰的催化下分解为水和氧气，该反应的化学方程式为：2H（4）B点温度比A点高，即反应过程中温度升高，说明左边试管发生的反应是放热反应；（5）AB段是白磷在空气中燃烧，CD段是白磷在氧气中燃烧，根据D点温度比B点高，说明氧气浓度越高，燃烧越剧烈；（6）碳在氧气中燃烧生成二氧化碳，即C+O2点燃__CO2，参加反应的C与氧气的质量比为：12：32=3：8，碳在氧气中不完全燃烧生成一氧化碳，即：2C+O2点燃__2CO，参加反应的碳与氧气的质量比为：（12×2）：（16×2）=3：4，故当0＜7．（1）压强减小（2）活塞回到刻度5处（3）大量白烟；右；左；4（4）红磷+氧气→（5）误差小或无污染；木炭燃烧后会生成二氧化碳气体，装置内气体压强保持不变【解析】（1）[实验原理]红磷燃烧消耗空气中的氧气，生成了五氧化二磷固体，使得集气瓶内压强减小，在外界大气压的作用下，烧杯中的水被压入集气瓶中；（2）[实验过程]检查装置气密性的方法是：先将活塞拉至刻度6处，放手后，若观察到活塞回到刻度5处，说明装置气密性良好；（3）[观察现象]玻璃管内红磷燃烧，产生大量白烟，红磷燃烧放热，活塞先向右移动，最终由于氧气被消耗，活塞会向左移动，最后静止在刻度4处；（4）[解释与结论]①红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：红磷+②活塞最后静止在刻度4处，说明氧气体积约占空气体积的五分之一；③玻璃管里剩余的气体主要是氮气，由该实验能推测出氮气具有的化学性质是不可燃也不支持燃烧；④实验过程中，影响密闭容器中气体压强的因素有温度（温度越高，压强越大）和气体的量（气体的量越多，即气体分子越多，压强越大），故答案为：BC；（5）[表达与交流]①图2中用酒精灯引燃红磷，红磷燃烧生成了五氧化二磷进入空气会污染空气，由于磷燃烧放出大量的热，打开瓶塞时容易使空气受热而逸出，所以实验的优点是：误差小或无污染；②木炭燃烧后会生成二氧化碳气体，装置内气体压强保持不变，注射器活塞基本不动，无法测定空气中氧气的含量。8．（1）点燃白磷或红磷（2）五氧化二磷+水加热→（3）①（4）不能；红磷不能把装置中的氧气耗尽（5）C；DE（6）铁【解析】实验验证（1）燃烧需要可燃物与氧气接触后还要温度达到着火点，因此根据题意，红磷或是白磷与氧气接触后激光笔照射后会燃烧，说明激光笔的作用是点燃白磷或红磷；（2）红磷燃烧产物与瓶底的热水发生化合反应生成磷酸，其反应的文字表达式为：五氧化二磷+水→加热实验结论（3）根据上述实验现象，由于红磷熄灭后白磷又能燃烧说明装置内还有氧气，因此得出的结论是：猜想①正确；拓展延伸（4）根据题意，由于红磷燃烧后要有氧气剩余，因此不能用红磷精确的测定氧气含量；（5）在图2中，如图所示，曲线第一次变小表示红磷燃烧消耗氧气，C点是第一次减小的最低点因此C点表示红