空氣中氧氣含量測定實驗的改進及相關題型

摘要：結合教材實驗裝置及近年來中考常涉及的創新性實驗裝置，幫助學生歸納總結實驗的考點，通過訓練強化學生對原理的理解和應用.

關鍵詞：燃燒；實驗

作者簡介：曹明華（1979-），男，江蘇海安人，本科，中學一級，方向為主要研究初中化學教學研究.空氣中氧氣含量測定是人教版九年級化學上冊的一個實驗，教材實驗裝置中選擇的可燃物是紅磷.實驗原理是：紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣且生成了五氧化二磷的白色固體，使密閉容器內壓強減小，外界大氣壓將水沿導管壓入集氣瓶內，進入瓶中水的體積即為減少的氣體體積.實驗現象：（1）紅磷燃燒產生大量的白煙，放出熱量；（2）打開彈簧夾，燒杯內的水沿導管進入集氣瓶，約占集氣瓶容積的1/5.反應化學方程式：4P+5O2點燃2P2O5.實驗結論：（1）氧氣約占空氣總體積的1/5；（2）空氣中還有4/5體積的氣體，不可燃也不助燃且不溶于水.

實驗誤差分析：（1）實驗后若結果偏小，可能的原因有：紅磷量不足、裝置漏氣、沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾；（2）實驗后若結果偏大，可能的原因有：彈簧夾沒有夾緊、燃燒匙伸入集氣瓶內過慢.

實驗成功的關鍵：紅磷足量；裝置的氣密性良好；操作時要注意待集氣瓶冷卻到室溫后再打開彈簧夾等.可燃物紅磷的替代品應滿足的條件是：（1）可燃物能夠在空氣中燃燒；（2）可燃物在空氣中燃燒時只消耗氧氣，不與空氣中的其他成分反應；（3）可燃物燃燒時只生成固體（若生成物是氣體，可將水換成易吸收該氣體的溶液）.

實驗優缺點分析：實驗化教材中的實驗操作簡單，現象明顯直觀，但實驗開始時在空氣中點燃燃燒匙內紅磷會對空氣造成污染.針對課本實驗裝置進行改進，改進方案的基本思路包括兩個方面：

方案一：著火點方式的改進

如將紅磷換成白磷，通過光、熱使其在密閉的環境中燃燒，既減少對空氣的污染又保證實驗的成功，如圖1.

方案二：反應物的改進

如反應物可以用銅代替，因為銅在密閉裝置中，加熱的條件下與氧氣發生反應生成氧化物，氣體體積的減少量即為空氣中氧氣的含量，如圖2.

近兩年有關這部分的中考命題內容及考查角度則是以空氣中氧氣含量的測定實驗為基礎，考查藥品的選擇、實驗現象與結論、誤差分析等知識.

二、相關中考題型鏈接

例1（1）用圖3甲裝置測定空氣中氧氣的含量，證明氧氣約占空氣總體積的1/5，圖中a、b兩種物質可分別選用（選序號）.

A.鐵絲、水B.紅磷、水

C.木炭、NaOH溶液D.硫粉、水

（2）圖乙是對圖甲測定空氣中氧氣含量的實驗的改進（圖甲中a所對應的藥品均用酒精燈點燃），你認為改進后的優點是（選序號）.

A.節約能源B.不會對空氣造成污染

C.測定結果更加準確D.操作簡便、安全

解析（1）空氣中氧氣含量測定實驗的原理是：通過可燃物燃燒消耗集氣瓶內的氧氣，使瓶內壓強減小，燒杯中的水倒流進入瓶內，通過進入的水的體積間接測量空氣中氧氣的體積，所以實驗過程中集氣瓶內的氧氣是否完全耗盡是實驗成敗的關鍵.鐵絲不能在空氣中燃燒，故選項A錯誤；紅磷燃燒生成五氧化二磷固體，故選項B正確；木炭燃燒生成二氧化碳氣體，二氧化碳氣體能被氫氧化鈉溶液吸收，故選項C正確；硫燃燒生成二氧化硫氣體，二氧化硫氣體不能被水完全吸收，故選項D錯誤；（2）圖甲必須將藥品點燃后才能伸入集氣瓶內，而圖乙中的白磷著火點較低，用激光筆就可以點燃，從而節約了能源，且裝置始終保持密封，操作簡便，沒有污染，測定結果更加準確.

【答案】（1）B C（2）A B C D

例2實驗回顧：圖4甲是實驗室測定空氣中氧氣含量的裝置.

（1）寫出集氣瓶內紅磷燃燒的化學方程式.

（2）實驗原理：通過紅磷燃燒耗盡氧氣，使集氣瓶內外產生壓強差，在此壓強差的作用下，水被壓入集氣瓶.進入集氣瓶中水的體積即為的體積.

【提出問題】興趣小組用上述方法測定的氧氣含量常常小于1/5，查閱資料發現：空氣中的氧氣含量低于7%時，紅磷就不能繼續燃燒，提出用怎樣的實驗方法可以使測定結果與理論值誤差相對較小？

【實驗探究】Ⅰ.根據鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量.實驗裝置如圖4乙，浸有飽和食鹽水的紙袋內裝有活性炭粉（會加快鐵的生銹）和足量的鐵粉.Ⅱ.測得實驗數據如表1

表1測量項目實驗前實驗后燒杯中水

的體積燒杯中剩余

水的體積集氣瓶（扣除內容

物）和導管的容積體積/mL80.054.5126.0【交流表達】（1）根據表格中提供的數據計算，實驗改進后測得空氣中氧氣的體積分數是.

（2）對照兩套實驗裝置，你認為通過改進后測定結果更準確的原因是（選序號）.

A.裝置密閉性更好B.不會對空氣造成污染

C.鐵的緩慢氧化使集氣瓶內氧氣充分耗盡

D.測量時考慮到導管容積和扣除內容物

解析【實驗回顧】（1）紅磷燃燒的化學方程式為：4P+5O2點燃2P2O5.（2）通過紅磷燃燒耗盡氧氣，使集氣瓶內外產生壓強差，在此壓強差的作用下，水被壓入集氣瓶，進入其中水的體積約等于瓶中氧氣的體積，可以粗略測定空氣中氧氣的體積分數.

【交流表達】（1）由表1數據可知，消耗的氧氣的體積是： 80mL﹣54.5mL=25.5mL， 故空氣中氧氣的體積分數為：25mL126mL×100%≈1202%.（2）對照兩套實驗裝置，通過改進后測定結果更準確的原因是：裝置密閉性更好、鐵的緩慢氧化使集氣瓶內氧氣充分耗盡、測量時考慮到導管容積和扣除內容物，使實驗結果更準確.

答案【實驗回顧】4P+5O2點燃2P2O5

【交流表達】（1）20.2%（2）A C D

參考文獻：

[1]化學（九年級上冊）.人民教育出版社，2016.

[2]田中.初中化學全程復習方略[M].陜西新華出版傳媒集團未來出版社，2015.