测定空气中氧气的体积分数知识要点及专项练习-含答案

1/6测定空气中氧气的体积分数原理利用红磷在空气中燃烧，将瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷固体，使空气内压强减少，在大气压作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。装置步骤①连接装置，检查装置气密性②把集气瓶的容积分成5等份，做好记号。③用止水夹夹紧胶管。④在燃烧匙内放入过量的红磷。⑤点燃燃烧匙中的红磷，立即伸入集气瓶中，把塞子塞紧⑥待红磷熄灭并冷却后，打开止水阀现象①集气瓶中有大量的白烟生成，并放出热量②打开止水夹，烧杯中的水倒流到集气瓶中，并上升到约1/5处结论空气中氧气的体积分数约为1/5。实验中的注意事项：1.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中燃烧，不能用铁丝代替，铁丝在空气中不能燃烧②此物质在空气中燃烧的时只能消耗氧气，不能消耗其他气体。不能选用镁代替红磷，因为镁不仅与空气中的氧气反应，还和二氧化碳反应。③此物质在空气中燃烧时只能生成固体，而不能生成气体，一般不用木炭，硫代替红磷。2.实验失败与成功的原因：①装置不漏气是本实验成功的关键，所以实验前应检查装置的气密性。如果气密性不好，外界空气会进入容器，使测定结果低于1/5。②实验中红磷要过量，以消耗容器内全部氧气，否则会使测定结果低于1/5.③实验完毕，待容器冷却至室温后，再打开止水夹，观察进水的体积，避免因温度高，气体膨胀，使测定结果低于1/5.空气中氧气含量测定实验的改进：1.测定原理：（1）红磷（白磷）在密闭的容器中燃烧，消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷。密闭容器内压强减小，大气压将水压入容器，通过测定容器中的水的量测定氧气在空气中的含量。2/6（2）利用金属与氧气反应，消耗密闭容器中的氧气使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，推动刻度器上的活塞移动，测出氧气体积。2.装置3.实验现象（1）红磷（白磷）燃烧，产生大量白烟（2）a中睡眠上升约占钟罩内空气体积的1/5b中进入集气瓶中水的体积约占集气瓶液面以上容积的1/5c中活塞移动到4处d中U形管左侧液面上升至刻度1处e中试管中液面上升至刻度1处f中右侧的活塞会左移4.结论空气中氧气体积约占空气总体积的1/55.注意事项（1）实验中红磷要过量，以消耗容器内全部氧气，否则会使测定结果低于1/5.（2）装置不漏气是本实验成功的关键，所以实验前应检查装置的气密性。如果气密性不好，外界空气会进入容器，使测定结果低于1/5。（3）不能用硫、木炭、铁丝等代替红磷（白磷）。因为硫或木炭燃烧后产生的气体会弥补反应所消耗的氧气，导致测得的体积不准确，而细铁丝在空气中难以燃烧，氧气体积几乎不变，因此密闭空气内水面不上升。（4）导气管要夹紧，燃烧匙放入集气瓶时要迅速，防止空气受热膨胀，从导气管或集气瓶逸出，导致进入水的体积增多，使实验结果偏高。练习1.为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注射器组成如下图的实验装置.假设此实验能够按照小华的设想正常进行，且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，请回答下列问题：3/6(1)实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明：____；(2)若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹.可观察到的现象为：____；(3)若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却.可观察到的现象为：____；(4)若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败.例如：____.答案：（1）装置的气密性好（2）白磷燃烧，产生白烟，活塞前沿约在12mL的刻度线上（3）白磷燃烧，产生白烟，活塞先向右移动，最终稳定在约8mL的刻度线上（4）橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等2.某校化学兴趣小组就空气中氧气的含量进行实验探究，请你参与。《设计实验》第一小组同学共同设计了如上图的A、B两套装置。你认为合理的是（填编号）。《进行实验》《数据分析》实验结束后，整理数据如下：（注：集气瓶容积为100mL）组别123456进入瓶中水的体积（mL）201819172119通过对实验数据分析，实验得出氧气约占空气体积的。《实验分析》（1）红磷要过量的原因是；（2）弹簧夹打开的适宜时机是；（3）实验结束，发现测定出的空气中氧气的体积分数低于l/5，可能的原因是①可能使用红磷的量不足，瓶内氧气没有消耗完②可能没夹紧弹簧夹，红磷燃烧时瓶内部分空气受热从导管逸出③可能未塞紧瓶塞，红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内④可能插入燃烧匙太慢，塞紧瓶塞之前，瓶内部分空气受热逸出《改进实验》(1)第二小组同学设计了C实验装置，优点是：。4/6(2)第三小组同学设计了D实验装置，优点是：。答案：《设计实验》你认为合理的是（填编号）A。实验得出氧气约占空气体积的19%。《实验分析》（1）红磷要过量的原因是要让集气瓶中的氧气完全消耗掉（合理答案都可）；（2）弹簧夹打开的适宜时机是等冷却到室温；（3）实验结束，发现测定出的空气中氧气的体积分数低于l/5，可能的原因是①③（少一不给分）。《改进实验》(1)第二小组同学设计了C实验装置，优点是：误差小(合理答案都可以)。(2)第三小组同学设计了D实验装置，优点是：容易计算出进入集气瓶中水的体积(合理答案都可以)。3.下图是一个具有刻度和活塞可滑动的玻璃容器，其中有空气和足量的白磷，将它放在盛有沸水的烧杯上方，进行实验。请完成实验报告：答案：目的：氧气现象：8结论：氧气4.某同学在“金属梯”的每一步放置一颗用滤纸吸干水后的白磷，用放大镜会聚6V手电筒光于靠近水面的第一步梯上．请根据如图回答下列问题：①一段时间后，可观察到的现象是：______，反应停止，最终水面将大约置于______（填数字）处．该反应的化学方程式是：______．②“金属梯”的每一步都放置一小颗白磷与只靠近水面的一步“金属梯”处放置一大颗白磷相比，优点是：______．5/6答案：现象：白磷像“上楼梯”般依次燃烧，开始时冒白烟，燃烧快停止时在倒置试管的上部出现黄烟．试管内的水位上升到4后恒定不动；为了尽可能多地消耗试管内的氧气，在靠近水面的一步“金属梯”处放置一大颗白磷．5.如图为两种常见的“测定空气里氧气含量”的实验装置．请你对比分析下面图I、图Ⅱ实验，回答下列有关问题：（选用45mL的试管作反应容器）（1）图I中产生的现象是______，用该装置测定结果是：空气中氧气含量与正常值有明显的偏小，其原因可能是______（2）图Ⅱ中发生反应的文字表达式是______（3）图Ⅱ实验中，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．（4）对照图I实验，你认为图Ⅱ实验有何优点？（答一点即可）______．答案：（1）红磷燃烧发出黄光，放出热量，产生大量白烟，水进入集气瓶约占集气瓶容积的五分之一；装置不严密；红磷的量不足；（2）略（3）1；（4）向瓶口塞入胶塞过程中，空气容易跑出，易产生误差．6.用图A所示装置测定空气中氧气的含量．（1）实验时，取下橡胶塞，点燃红磷迅速伸入集气瓶中并塞紧橡胶塞，这时看到的现象是______．（2）小倩设计了如下图B所示的改进装置，其优点是______（只写一点）．从理论上分析，玻璃管内液面最终将上升至______处（填1、2、3、4），但实验测结果液面往往偏低，其原因可能是______．答案：（1）红磷继续燃烧，生成大量白烟．（2）不污染空气或操作简便或实验误差较小，1，白磷量不足或未冷却到室温就观察．7.李明同学用如甲图所示的装置测定空气中氧气的含量：他先在集气瓶内加入少量水，并做上记号，再用弹簧夹夹紧乳胶管。点燃燃烧匙内的红磷后，立即把它伸入瓶中并将塞于塞6/6紧，观察红磷燃烧的现象。待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，再观察实验现象。刘芳同学觉得李明用甲装置测得的数据不够准确，于是改用乙装置。那么，相对甲装置而言，乙装置确实具有的优点是：、。答案：1.反应前后装置都是密闭的，可以减小实验误差；2.气球可以起到缓冲作用。8.在测定空气中氧气含量的实验中，小强采用了右图所示装置：在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推动两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化。（1）在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是。（2）写出该实验中反应的符号表达式。（3）小强测得实验结果如下：反应前注射器内气体总体积反应后注射器内气体总体积25mL22mL由此数据可以推算出他测定的空气中氧气的体积分数2l％(填“”、“＝”、“”)。造成该实验出现误差的原因可能是（填序号）。①有交替缓缓推动两个注射器活塞；②读数时没有冷却至室温；③加入铜丝量太少；④加入铜丝量太多（4）通过上面的实验，你学到的测量混合物中某成分含量的方法是。答案：（1）使空气中的氧气充分反应（2）略（3）①②③（4）通过化学反应除去混合物中的一种成分，再测量混合物在反应前后体积（或质量）的变化，从而得出该种成分的含量（本空叙述合理即给分）