透視空氣中氧氣含量的測定

王廷虎

(安徽省無為縣教子灣中學(xué) 238341)

空氣中氧氣含量的測定是初中化學(xué)教材中重要的探究實驗，也是中考命題的熱點.如何準(zhǔn)確理解并掌握空氣中氧氣含量的測定？請同學(xué)們在學(xué)習(xí)時從以下幾個方面入手.

一、實驗原理

二、實驗儀器

集氣瓶、燃燒匙、橡皮塞、導(dǎo)氣管、燒杯、彈簧夾、乳膠管等.

三、實驗裝置

如圖所示.

四、實驗步驟

1.檢查裝置的氣密性；2.在集氣瓶中裝少量的水，再把水以上的部分分成五等份并做上記號，夾緊膠皮管；3.點燃燃燒匙中的紅磷，立即伸入瓶內(nèi)并塞緊瓶塞；4.待紅磷燃燒停止，溫度降低到室溫后打開彈簧夾，觀察實驗現(xiàn)象及水面變化的情況.

五、實驗現(xiàn)象

1.紅磷燃燒放出熱量，產(chǎn)生大量的白煙.

2.冷卻至室溫，打開彈簧夾，集氣瓶內(nèi)水面上升，進(jìn)入集氣瓶內(nèi)的水約占瓶內(nèi)液面以上容積的1/5.

六、實驗結(jié)論

空氣中氧氣的體積約占空氣總體積的1/5.

七、實驗反思

1.不能用硫、木炭、代替紅磷.因為硫或木炭燃燒后產(chǎn)生的氣體會彌補反應(yīng)所消耗的氧氣體積，導(dǎo)致集氣瓶內(nèi)氣體壓強沒有明顯變化，測得結(jié)果誤差過大(改進(jìn)實驗：可將集氣瓶內(nèi)的水換成氫氧化鈉溶液).

2.不能用鎂、鐵代替紅磷.因為鎂與氧氣反應(yīng)的同時，還與空氣中的氮氣、二氧化碳反應(yīng)；而鐵絲不能在空氣中燃燒.

八、誤差分析

誤差原因注意事項測量結(jié)果偏低紅磷不足,氧氣不能耗盡紅磷要足量裝置漏氣會使裝置外的空氣進(jìn)入裝置氣密性要好未等集氣瓶冷卻就打開止水夾待集氣瓶冷卻到室溫后再打開止水夾測量結(jié)果偏高燃燒匙伸入過慢,會使裝置內(nèi)的氣體受熱逸出,而導(dǎo)致進(jìn)入瓶中的水的體積偏多點燃紅磷后迅速將燃燒匙伸入集氣瓶

九、典例分析

例1 暖寶寶貼(主要成分為鐵粉、木炭、食鹽)的熱量來源于鐵粉的氧化.小濤同學(xué)設(shè)計使用暖寶寶貼來測定空氣中氧氣的含量，實驗開始前的裝置如圖所示，實驗后從量筒中流入玻璃瓶(容積為250 mL)中的水的體積為45 mL(鐵粉生銹消耗的水忽略不計).下列說法錯誤的是( ).

A.實驗前必須檢查裝置的氣密性

B.通過本次實驗數(shù)據(jù)測得空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為18%

C.若實驗測得空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)偏低，可能是暖寶寶貼的使用數(shù)量不足

D.必須等溫度計的讀數(shù)恢復(fù)至實驗前的溫度后才能記錄量筒內(nèi)剩余水的體積

點評空氣中氧氣含量測定實驗成功的關(guān)鍵有以下幾方面：①一般來講，選擇的藥品必須是在空氣中只與氧氣發(fā)生反應(yīng)，并且產(chǎn)物是固體；②藥品要足量，確保將氧氣完全耗盡；③裝置氣密性良好；④要注意冷卻至室溫再打開止水夾進(jìn)行讀數(shù).

例2 為驗證空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，小明按圖甲所示的裝置進(jìn)行了多次實驗，發(fā)現(xiàn)每次測得的氧氣體積分?jǐn)?shù)總是遠(yuǎn)小于21%，他認(rèn)為誤差主要由實驗裝置造成，于是改用圖乙裝置進(jìn)行實驗，步驟如下：①連接裝置并檢查氣密性；②在量筒內(nèi)加入100mL的水；③在廣口瓶中加入少量水，使瓶內(nèi)空氣體積為250mL；④在燃燒匙內(nèi)放入過量的紅磷，塞緊瓶塞，關(guān)閉止水夾，接通電源使電烙鐵發(fā)熱，點燃紅磷后，斷開電源；⑤燃燒結(jié)束并充分冷卻后，打開止水夾，待量筒內(nèi)水面不再下降時，記錄量筒內(nèi)水的體積為65mL.

(1)小明按如甲裝置進(jìn)行實驗時，該如何檢查裝置的氣密性？____.(2)與裝置甲相比，裝置乙中使用電烙鐵可以減小實驗誤差，其原因是：____.(3)根據(jù)本實驗數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為____.

小明發(fā)現(xiàn)，測量結(jié)果與真實值仍有較大差距，查閱資料發(fā)現(xiàn)，引起本實驗的誤差除裝置外，還與可燃物的性質(zhì)有關(guān).

解析(1)檢驗此裝置的氣密性時，可將導(dǎo)管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導(dǎo)管口是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好.(2)與裝置甲相比，裝置乙中使用電烙鐵可以減小實驗誤差，其原因是改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點燃紅磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而造成實驗誤差.(3)量筒內(nèi)減少的體積即為氧氣的體積，空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=(100 mL-65 mL)/250 mL×100%=14%.

答案 (1)將導(dǎo)管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導(dǎo)管口是否有氣泡冒出，如果有氣泡冒出，說明裝置氣密性良好 (2)改進(jìn)后的裝置無需打開瓶塞點燃紅磷，避免瓶內(nèi)空氣外逸而造成實驗誤差好 (3)14%

點評本題考查了空氣中氧氣的含量的探究，并且注重了實驗方案的評價，對實驗方案進(jìn)行評價是近幾年中考的一個重點，評價包括對實驗方案的評價、實驗過程的評價、實驗結(jié)論的評價等，要認(rèn)真把握.

例3 實驗探究是科學(xué)探究的重要形式，請參與以下探究活動并回答問題：

(1)A裝置是人教版教材設(shè)計的“測量空氣里氧氣的含量”的實驗裝置，教材實驗所需試劑是水和____(填物質(zhì)名稱)，實驗前向集氣瓶內(nèi)加入少量水后將水面上方空間準(zhǔn)確分為五等份，該操作中一定要使用的儀器是____.

(2)小華用A裝置測定的氧氣含量偏低，可能的原因是____(任答一點).

(3)B裝置也可用于測量空氣中氧氣的含量，其實驗原理用化學(xué)方程式可表示為____.

(4)使用B裝置進(jìn)行實驗時需交替緩慢推動兩個注射器活塞的原因是____，實驗結(jié)束后移開酒精燈，恢復(fù)到室溫后讀數(shù)即可計算出氧氣含量，B裝置的優(yōu)點是____(任寫一點).

解析(1)A裝置是人教版教材設(shè)計的“測量空氣里氧氣的含量”的實驗裝置，教材實驗所需試劑是水和紅磷，實驗前向集氣瓶內(nèi)加入少量水后將水面上方空間準(zhǔn)確分為五等分，該操作中一定要使用的儀器是刻度尺.(2)造成該實驗不夠精確的可能原因是裝置漏氣、紅磷的量不足等.(3)銅與氧氣在加熱的條件下反應(yīng)生成氧化銅.(4)在實驗的加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器活塞的目的是使注射器內(nèi)氧氣與銅粉充分反應(yīng)；B裝置的優(yōu)點是反應(yīng)始終在密閉容器中進(jìn)行，測量結(jié)果更準(zhǔn)確.

點評根據(jù)實驗裝置，回憶實驗中的注意事項，從而回答該實驗的有關(guān)問題.對于實驗裝置的改進(jìn)，要從原理上來考慮并進(jìn)行合理的評價.