实验04 空气中氧气含量的测定-中考化学实验精讲精练（解析版）

人教版2024上册/第二单元空气和氧气/课题1我们周围的空气实验04空气中氧气含量的测定【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、橡胶塞和导管【实验试剂】红磷、蒸馏水【实验过程】①按图所示连接装置，并检查装置的气密性；②在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份，并做好标记；③夹紧弹簧夹，取足量红磷于燃烧匙中；④点燃红磷，立即伸入集气瓶中，塞紧橡胶塞；⑤待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹。【实验现象】①红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量；②待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，可以观察到烧杯中的水被吸入集气瓶，瓶内液面上升至刻度1附近。【实验结论】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，冷却后打开弹簧夹，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：红磷+氧气点燃五氧化二磷，符号表达式：P＋O2点燃P2O5。【问题讨论】（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.实验误差分析因素对结果的影响红磷的量不足，集气瓶中的氧气不能耗尽偏小装置漏气，红磷熄灭后装置外的空气进入集气瓶中偏小装置未冷却至室温就打开弹簧夹，集气瓶中的气体处于受热膨胀状态偏小弹簧夹未夹紧乳胶管，红磷燃烧时装置内气体受热膨胀沿导管逸出偏大点燃红磷后燃烧匙伸入集气瓶过慢，装置内气体受热膨胀从瓶口逸出偏大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③③数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量（如温度、压强、浓度等）的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。我们可以将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验。实验步骤如下：（1）将氧气传感器与数据采集器、计算机连接；（2）把氧气传感器插入盛有空气的容器，采集数据；（3）通过相关软件处理数据，并在计算机屏幕上显示空气中氧气的含量。【典例1】某同学用如图所示装置测定空气中氧气的含量，下列说法正确的是A．该实验的红磷可以用木炭代替B．实验前，要检查装置的气密性C．实验中，红磷熄灭后立即打开弹簧夹D．实验后，集气瓶中剩余气体为纯净物【答案】B【解析】A、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳，二氧化碳是气体，化学反应前后，压强的变化不大，无法测定空气中氧气的含量，不符合题意；B、实验前，要检查装置的气密性，否则装置漏气，在冷却至室温的过程中，外界空气进入，占据了一定的体积，会导致测定结果偏小，符合题意；C、实验中，红磷熄灭后，应等冷却至室温后打开弹簧夹，否则气体受热膨胀，占据了一定的体积，会导致测定结果偏小，不符合题意；D、实验后，集气瓶中剩余气体为氮气、稀有气体等，属于混合物，不符合题意。故选B。【典例2】为测定空气中氧气的含量，某同学将教材实验进行改进，实验装置如图所示(部分夹持装置已省略)，实验时引燃红磷后便熄灭酒精灯。下列有关改进实验的方法不正确的是A．红磷燃烧的文字表达式可以表示为：红磷+氧气五氧化二磷B．待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向右移动C．实验结束后试管内气体的主要成分为氮气D．改进后的装置能减小测量误差，且对环境更友好【答案】B【解析】A、红磷与氧气燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式为：，故正确，不符合题意；B、红磷燃烧消耗氧气，生成五氧化二磷固体，装置内压强减小，待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器内空气体积减小，压强变小，所以注射器活塞向左移动，故错误，符合题意；C、空气的主要成分为氧气与氮气，实验中氧气被消耗，则实验结束后试管内气体的主要成分为氮气，故正确，不符合题意；D、改进后的装置为密闭装置，则实验能减少测量误差，且对环境更友好，故正确，不符合题意；故选：B。【典例3】利用红磷燃烧测定空气中氧气含量的实验中，用传感器记录集气瓶中压强、温度随时间变化如图所示。下列对实验记录的分析正确的是A．b点压强最大，说明红磷燃烧结束B．a→b段压强增大是因为红磷燃烧放热C．~时段，压强降低的主要原因是氧气被大量消耗D．若在前打开止水夹，则测定的氧气体积分数偏大【答案】B【解析】A、由温度变化曲线可知，c点温度最高，说明c点红磷燃烧结束，放出热量最多，分析错误；B、a→b段压强增大是因为红磷燃烧放热，气体受热膨胀，气压增大，分析正确；C、图中t2—t3时段，是红磷已经燃烧完成，瓶内氧气已几乎被完全消耗，此时温度降低才是压强降低的主要原因，分析错误；D、由图示可知，t3是装置冷却，若在之前即冷却前打开止水夹，因气体受热膨胀，倒流入集气瓶中水的体积偏小，则测定的氧气体积分数偏小，分析错误。故选B。1．（23-24九年级上·江苏南京·阶段练习）某同学通过实验测定空气中氧气的含量，装置如图所示．实验结束后，进入集气瓶中水的体积明显大于集气瓶中原有空气体积的15A．可能使用红磷的量不足 B．可能没夹紧弹簧夹C．可能装置漏气 D．可能未等冷却就打开了弹簧夹【答案】B【解析】A、使用红磷的量不足，会使氧气不能被充分消耗，导致进入集气瓶中水的体积小于集气瓶中原有空气体积的五分之一，而不是大于，错误；B、没夹紧弹簧夹，在红磷燃烧时，由于瓶内温度升高，压强增大，气体会从瓶中逸出，冷却后打开止水夹，进入集气瓶中水的体积就会明显大于集气瓶中原有空气体积的五分之一，正确；C、装置漏气会使空气进入集气瓶，导致进入集气瓶中水的体积小于集气瓶中原有空气体积的五分之一，而不是大于，错误；D、未等冷却就打开了弹簧夹，此时瓶内温度较高，压强较大，会使进入集气瓶中水的体积小于集气瓶中原有空气体积的五分之一，而不是大于，错误。故选B。2．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【解析】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．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【解析】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。4．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【解析】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。5．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，下列判断不正确的是A．a点时容器内氮气的体积分数小于85% B．容器内水的作用主要是降温和防止污染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】D【解析】A、根据图像，a点时容器内氧气的体积分数为15%，容器内其余气体（氮气、稀有气体、二氧化碳等）的体积分数为：1-15%=85%，故氮气体积分数小于85%，A选项正确；B、红磷燃烧放出大量的热，生成的五氧化二磷是有毒物质，该实验需要冷却至室温后读数，水可以降温，也可以吸收五氧化二磷，防止空气污染，B选项正确；C、根据图像，反应结束后氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度，C选项正确；D、此实验测定的是空气中氧气的体积分数，而不是质量分数，D选项错误。故选：D。6．如图是测定空气中氧气含量的改进实验装置（夹持装置已省略），对该实验认识正确的是A．现象：实验过程中，红磷燃烧，产生大量白雾B．推论：实验后，玻璃管中剩余气体具有可燃性C．分析：红磷的量多或少，都不会影响实验结果D．评价：用改进装置实验，能减少对空气的污染【答案】D【解析】A、实验过程中，红磷燃烧，产生大量白烟，A错误；B、实验后，红磷有剩余，且不再燃烧，说明玻璃管中剩余气体不具有可燃性，B错误；C、红磷必须过量，确保试管中的氧气被完全消耗，红磷不足会导致试管中有氧气剩余，测量结果偏小，C错误；D、红磷燃烧产生的五氧化二磷是有毒物质，该装置在密封装置内利用电热棒引燃红磷，不需要在装置外引燃红磷，能减少五氧化二磷对空气的污染，D正确。故选：D。7．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【解析】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体体积的五分之一，可能的原因是红磷的量不足，集气瓶内的氧气没有被完全消耗，导致集气瓶内外压强差偏小，流入集气瓶中水的体积偏小，测量结果偏小；装置没有冷却到室温就打开止水夹，该反应是放热反应，集气瓶中气体具有热胀冷缩性质，温度较高时打开止水夹，流入集气瓶中水的体积偏小，测量结果偏小。8．化学兴趣小组在完成“测定空气里氧气含量”（如图1）的实验后，想对该实验可选用的药品进行继续探究，他们进行了如下实验：【回顾旧知】（1）红磷燃烧产生的明显现象是。（2）该实验的原理：红磷燃烧消耗了空气中的氧气，瓶内的气压（填“增大”或“减小”）。烧杯中的水倒吸进入瓶内，进入瓶内水的体积就是被消耗的氧气的体积。【提出问题】能不能用硫代替红磷测定空气中氧气的含量？【查阅资料】相同条件下气体的压强与气体所占的体积成正比。【设计与实验】小组同学按图2装置进行实验，分别将红磷、硫放入集气瓶中燃烧，采集数据如图3、图4（注：装置气密性良好，是瓶内初始气压，和是反应结束恢复到室温时瓶内的气压）。【问题与现象分析】（3）开始反应时瓶内压强瞬间变大的主要原因是。（4）图4中，与几乎相等是因为。（5）由实验可知，（填“能”或“不能”）用硫代替红磷测定空气中氧气的含量。【答案】（1）产生大量白烟（2）减小（3）燃烧放出热量，装置内气体受热膨胀，压强增大（4）硫燃烧消耗氧气，生成二氧化硫气体，生成的气体体积和消耗氧气的体积相同（5）不能【解析】（1）红磷燃烧产生的明显现象是：产生大量白烟；（2）该实验中，红磷燃烧消耗氧气，待完全反应后，逐渐冷却至室温，由于消耗了氧气，瓶内气压减小，打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸进入瓶内，进入瓶内水的体积就是被消耗的氧气的体积；（3）开始反应时瓶内压强瞬间变大的主要原因是：燃烧放出热量，装置内气体受热膨胀，压强增大；（4）硫燃烧生成二氧化硫，装置消耗氧气，但生成的二氧化硫正好补充消耗的氧气的体积，则装置中的压强几乎不变，故填：硫燃烧消耗氧气，生成二氧化硫气体，生成的气体体积和消耗氧气的体积相同；（5）硫在空气中燃烧生成二氧化硫，化学反应前后，压强几乎不变，故不能用硫代替红磷测定空气中氧气的含量。9．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【解析】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。10．（2024·四川成都·二模）小文用图甲所示装置测定空气中氧气的含量，其中燃烧匙内的白磷用电加热装置点燃，瓶内气压用气体压强传感器测定，其变化如图乙所示，则下列分析不合理的是A．时刻后的一段时间内瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧产生大量的热B．从瓶内气压达到最高点直至时刻，瓶内温度下降C．通过时刻瓶内的气压值，可以计算得出氧气约占空气体积的五分之一D．时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，其原因是气体的体积增大【答案】D【解析】A、t1时刻后的一段时间内瓶内气压显著增加，其原因是白磷燃烧放出大量的热，装置内气压增大，故选项说法正确；B、从瓶内气压达到最高点直至t2时刻，瓶内温度由低到高，然后慢慢降低至室温，故选项说法正确；C、通过t2时刻瓶内的气压值，根据气压减少的数值，可以计算得出氧气约占空气体积的五分之一，故选项说法正确；D、t3时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，其原因是打开了瓶塞，气压恢复至常压，故选项说法错误；故选：D。11．（2024九年级下·重庆南岸·学业考试）在燃烧匙中分别加入红磷和铁粉，按图1进行空气中氧气含量的测定实验，实验测得氧浓度图2所示，下列分析错误的是A．在氧气浓度低于4.5%时，红磷熄灭B．铁粉能够将空气中氧气反应完全C．该实验用铁粉比用红磷的测定效果更准确D．为实验结果更准确，应选择合适的试剂【答案】B【解析】A、由图可知，当氧气浓度低于4.5%时，氧气不再消耗，说明红磷不能继续燃烧，故分析正确；B、由图可知，铁粉没有将空气中氧气反应完全，因为氧气浓度最终还有0.05%，故分析错误；C、由图可知，铁粉消耗氧气更彻底，该实验用铁粉比用红磷的测定效果更准确，故分析正确；D、由该实验可知，铁粉消耗氧气更彻底，测定结果更准确，故为实验结果更准确，应选择合适的试剂，故分析正确。12．小科查阅资料发现P2O5有毒，在教材实验（如图1）的启发下设计了如图2的实验，用于测定空气中O2的含量。回答下列问题：（1）图1、图2实验前均需检查装置的。（2）图1中红磷燃烧的现象是，打开弹簧夹K的最佳时机是。（3）图2实验中需要提供足量的（填“铜粉”或“空气”）；在实验中反复推拉注射器是为了尽可能消耗装置中的。（4）室温下，图2实验测定的数据如下表（在气球完全干瘪的状态下测量注射器内气体的体积）：硬质玻璃管的体积反应前注射器中空气的体积反应后注射器中气体的体积50.0mL20.0mL6.5mL①反应消耗的O2的体积为mL；②实验测得空气中O2的体积分数为（保留到小数点后一位）。(5)图2实验的优点是（答一点）。【答案】（1）气密性（2）冒白烟，放热

火焰熄灭并冷却后（3）铜粉氧气/O2（4）13.519.3%（5）装置始终密闭，实验更环保，实验结果更准确【解析】（1）要测定空气中氧气的含量，装置需密闭，则图1、图2实验前均需检查装置的气密性。（2）红磷燃烧生成五氧化二磷，现象为冒白烟，放热，为使实验结果正确，应在火焰熄灭并冷却后打开弹簧夹K。（3）图2实验中需要提供足量铜粉，确保将空气中氧气消耗尽；在实验中反复推拉注射器是为了尽可能消耗装置中的氧气。（4）①反应消耗的O2的体积为20.0mL-6.5mL=13.5mL。②实验测得空气中O2的体积分数为。图1中红磷燃烧生成的五氧化二磷有毒，需在瓶外点燃红磷，图2用铜和氧气反应，生成氧化铜，装置始终密闭，实验更环保，实验结果更准确。13．（23-24九年级上·江苏无锡·期中）某实验小组用如下装置对空气中氧气含量实验进行了探究。【经典重现】（1）实验小组用如图1所示的方法测定空气中氧气的含量。红磷燃烧的实验现象是。写出红磷燃烧的符号表达式。实验结束后，小组同学发现测得的氧气含量偏小，可能的原因是。（填字母）A．装置漏气B．实验过程中弹簧夹未夹紧乳胶管C．红磷不足D．实验前导管内没有水，实验后导管内留有水（2）查阅文献发现，燃烧过程中当氧气的体积分数低于7%时，红磷就无法继续燃烧，但实际实验中倒吸入瓶内的水的体积能达到空气总体积的五分之一，其可能的操作原因是。【改进实验】实验小组用如图2所示的实验装置进行实验。左管中燃烧匙盛有足量红磷，两管内盛有水。实验步骤：（3）①连接仪器并（补充该操作）;②接通电源，用发热电阻丝引燃红磷;③待红磷熄灭，冷却至室温后读数。实验过程中左管液面的变化情况是。（4）较图1所示的实验，图2所示实验的优点是。【拓展探究】（5）化学兴趣小组想探究用不同物质在空气中燃烧测定氧气含量方法的优劣。他们用足量的蜡烛和白磷分别在相同体积与状态的空气中燃烧，用氧气传感器测定密闭容器中氧气体积分数与时间的关系如图。下列判断不正确的是（填序号）。a.测定空气中氧气含量效果最好的是蜡烛，因为它反应速率快b.蜡烛燃烧过程中，a点时容器内氮气的体积分数为80%c.燃烧后，两容器中氧气均未耗尽，白磷耗氧量较多d.若将足量蜡烛和白磷放在同一密闭容器中燃烧，氧气的体积分数可降至0%【答案】（1）产生大量白烟，放出热量ACD（2）实验前弹簧夹未夹紧（3）检查装置的气密性先下降后上升（4）实验结果更准确、更环保（5）ab