初中化学知识笔记11：测空气中氧气的含量

第二单元我们周围的空气课题1空气知识1测定空气中氧气的含量【学习目标】（1）了解拉瓦锡测定空气成分的实验．（2）掌握红磷燃烧法测定空气中氧气含量的原理、操作、结论等．【知识点睛】1．拉瓦锡实验（1）拉瓦锡实验的历史意义1774年，法国化学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，明确提出空气是由氧气和氮气组成的．（2）实验装置及操作分析拉瓦锡研究空气成分所用的实验装置①如图，在密闭的容器中连续加热少量液态汞12天，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，同时容器里空气的体积差不多减少了1/5．②拉瓦锡研究了剩余4/5体积的气体，发现这部分气体既不能供给呼吸，也不能支持燃烧，他认为这些气体全部都是氮气．,③拉瓦锡又把汞表面上所生成的红色粉末收集起来，放在另一个较小的容器里再加强热，得到了汞和氧气，而且氧气的体积恰好等于密闭容器里所减少的体积．④拉瓦锡把得到的氧气加到前一个容器里剩下的4/5体积的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样．（3）结论通过这些实验，拉瓦锡得出了空气由氮气和氧气组成，其中氧气约占空气总体积1/5的结论．（4）相关反应的文字表达式加热汞+氧气→氧化汞（消耗气体）加热氧化汞→汞+氧气（产生气体）2．红磷燃烧法测空气中氧气的含量（1）实验原理利用红磷在密闭容器（盛有空气）中燃烧，消耗掉容器内的氧气，生成五氧化二磷白色固体，使密闭容器内压强减小，在大气压作用下，进入集气瓶内水的体积即为减少的氧气的体积．点燃红磷+氧气→五氧化二磷（2）实验装置测定空气中氧气的含量（3）实验步骤①组装实验装置，检查装置的气密性；②在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为五等份；③用止水夹夹紧胶皮管；④在燃烧匙内放入过量的红磷；,⑤点燃红磷并迅速伸入集气瓶中，立即塞紧橡胶塞，观察现象；⑥待集气瓶冷却到室温，打开止水夹，观察现象．（4）实验现象①红磷燃烧，产生大量白烟并放出热量；②温度恢复到室温以后，打开止水夹，水沿导管进入集气瓶内并约占集气瓶内水面上方容积的1/5．（5）实验分析与结论红磷燃烧生成五氧化二磷固体，五氧化二磷固体易溶于水，不占有空气体积，红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，冷却后打开止水夹，大气压把烧杯内的水压入集气瓶，压入水的体积即消耗的氧气的体积，由此得出结论：氧气约占空气总体积的1/5．通过此实验也能得出氮气不燃烧、不支持燃烧以及不易溶于水的性质．（6）为什么不能用铁丝、镁、碳、硫等替代红磷？测定空气中氧气的体积分数时，所用物质应满足的条件：①此物质能够在空气中燃烧．例如不能选用铁丝代替红磷，因为铁丝在空气中不能燃烧．②此物质在空气中燃烧时只能消耗氧气，而不能消耗其他气体．例如不能用镁代替红磷，因为镁不仅能与空气中的氧气反应，也能与二氧化碳、氮气反应．③此物质在空气中燃烧时生成固体，而不能生成气体（若生成气体，要做相应的装置改进，使生成的气体完全被吸收）．因而一般不用木炭、硫代替红磷．（7）实验成功与失败的原因测定结果低于1/5的原因：①装置的气密性不好，导致外界空气进入容器内，最终进入的水的体积减少，测定结果低于1/5；②红磷量不足，未将装置内氧气消耗完，最终进入的水的体积减少，使测定结果低于1/5；③未待容器冷却至室温就打开止水夹，此时装置内温度高，气体膨胀，最终进入的水的体积减少，使测定结果低于1/5；测定结果高于1/5的原因：若导气管上的止水夹未夹紧或燃烧匙放入集气瓶时速度慢，会导致空气受热膨胀从导气管或集气瓶口逸出，导致进入的水的体积增多，测定结果偏高．（8）装置改进优点：,①避免引燃白磷或红磷后深入反应容器过慢从而影响测定结果②五氧化二磷会刺激人体呼吸道，在密闭容器中引燃红磷或白磷，避免了该问题。【经典例题】例1关于拉瓦锡的实验，下列说法不正确的是（）加热A．曲颈甑内发生的反应为：汞+氧气→氧化汞B．实验过程中观察到部分银白色的汞变为红色C．汞只消耗了曲颈甑内的氧气D．汞在汞槽中为液态，能起到液封的作用例2图1为利用气压传感器测定红磷燃烧时集气瓶内气压变化的实验装置。点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹。集气瓶内气压的变化情况如图2．,（1）BC段气压增大的主要原因是______________；（2）CD段气压减小的原因有__________________；（3）DE段气压增大的主要原因是_____________________．例3某化学兴趣小组的同学对空气中氧气含量的测定实验进行探究．（1）如上图所示装置和药品进行实验，观察到的现象是：___________________，打开止水夹后看到____________________________．（2）小芳同学做实验时发现倒吸的水量低于集气瓶中空气体积的1/5．你认为造成此现象的原因可能是____________________________．（3）小明同学认为可用蜡烛代替红磷测定空气中氧气的含量，小丽同学认为不可以，其原因是______________________________________．（4）小组内同学还对该实验进行了如下改进．（已知试管容积为45mL）．实验的操作步骤如下：①点燃酒精灯．②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹．③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按上图中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管．④读取注射器活塞的数据．,你认为正确的实验操作顺序是_____________（填序号）．注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为____________mL刻度处才停止．【随堂练习】1．关于做空气中氧气含量测定的实验装置中，下列有关说法正确的是（）A．选用红磷是因为反应可以消耗氧气，生成固态的五氧化二磷B．通过实验还可以推断集气瓶中剩余气体气体不能燃烧、不支持燃烧C．燃烧匙中的红磷越多，水位上升越高D．整个实验过程中，集气瓶内压强持续减小2．同学利用如图，该装置是测定空气中氧气的含量，红磷燃烧后恢复到室温，打开弹簧夹发现进入广口瓶中的水的体积不足广口瓶容积的1/5．造成这一现象的原因不可能的是（）A．实验时，将木炭代替红磷B．实验中所取的红磷不足，瓶中氧气未反应完C．实验时，没有塞紧瓶塞D．插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内已有部分空气受热逸出3．用如图装置进行实验．下列现象能证明空气中氧气的含量的是（）A．红磷燃烧，产生白烟B．瓶中液面先下降，后上升C．瓶中液面最终上升至1处D．水槽中液面下降4．我们已经知道空气的主要成分是氮气和氧气，如甲、乙两图所示为测定空气中氧气含量的实验装置示意图，图乙中玻璃管里的活塞可以活动，活塞的左端管内有密封的空气，活塞右端的玻璃管口跟空气相通，试验开始前活塞处在刻度5cm处．请按要求填空．说明：白磷、红磷均可以和氧气反应生成五氧化二磷．,（1）实验结束并恢复至室温时，活塞应停在约_____cm处．（2）图乙比图甲的优点是______________________________________________．（3）甲图集气瓶内的水的作用是________________________________________．5．用如图所示装置测定空气中氧气的含量。管中预先装入适量的水，测得水面高度为a，加热粗铜丝，一段时间后白磷燃烧。燃烧停止，完全冷却后，测得水面高度为b。（已知除去胶塞部分管的长度为c）由该实验测得空气中氧气的含量为___________________（用含a、b、c的代数式表示）【答案】例1：C；例2：（1）燃烧放热；（2）集气瓶内氧气不断被消耗，温度恢复到室温；烧杯中的水进入集气瓶后，气体体积减小；例3：（1）红磷燃烧放热，生成大量白烟；水倒流入集气瓶，约占集气瓶内水面上方容积的1/5；（2）①装置的气密性不好；②红磷量不足；③未待容器冷却至室温就打开止水夹；（3）蜡烛燃烧虽然消耗了氧气，但生成气体二氧化碳，不能准确测定空气中氧气的含量；（4）③①②④，1．1．AB；2．D；3．C；4．（1）4；（2）实验更精确或不易造成空气污染；（3）吸收燃烧