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 238341)

空氣中氧氣含量的測定是初中化學教材中重要的探究實驗，也是中考命題的熱點.如何準確理解并掌握空氣中氧氣含量的測定？請同學們在學習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，觀察實驗現象及水面變化的情況.

五、實驗現象

1.紅磷燃燒放出熱量，產生大量的白煙.

2.冷卻至室溫，打開彈簧夾，集氣瓶內水面上升，進入集氣瓶內的水約占瓶內液面以上容積的1/5.

六、實驗結論

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生的氣體會彌補反應所消耗的氧氣體積，導致集氣瓶內氣體壓強沒有明顯變化，測得結果誤差過大(改進實驗：可將集氣瓶內的水換成氫氧化鈉溶液).

2.不能用鎂、鐵代替紅磷.因為鎂與氧氣反應的同時，還與空氣中的氮氣、二氧化碳反應；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果偏高燃燒匙伸入過慢,會使裝置內的氣體受熱逸出,而導致進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.小濤同學設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.通過本次實驗數據測得空氣中氧氣的體積分數為18%

C.若實驗測得空氣中氧氣體積分數偏低，可能是暖寶寶貼的使用數量不足

D.必須等溫度計的讀數恢復至實驗前的溫度后才能記錄量筒內剩余水的體積

點評空氣中氧氣含量測定實驗成功的關鍵有以下幾方面：①一般來講，選擇的藥品必須是在空氣中只與氧氣發生反應，并且產物是固體；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行讀數.

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

(1)小明按如甲裝置進行實驗時，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)根據本實驗數據，計算出空氣中氧氣的體積分數為____.

小明發現，測量結果與真實值仍有較大差距，查閱資料發現，引起本實驗的誤差除裝置外，還與可燃物的性質有關.

解析(1)檢驗此裝置的氣密性時，可將導管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導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，其原因是改進后的裝置無需打開瓶塞點燃紅磷，避免瓶內空氣外逸而造成實驗誤差.(3)量筒內減少的體積即為氧氣的體積，空氣中氧氣的體積分數=(100 mL-65 mL)/250 mL×100%=14%.

答案 (1)將導管一端插入水中，用手緊握廣口瓶外壁，觀察水中的導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)改進后的裝置無需打開瓶塞點燃紅磷，避免瓶內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、實驗結論的評價等，要認真把握.

例3 實驗探究是科學探究的重要形式，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____(填物質名稱)，實驗前向集氣瓶內加入少量水后將水面上方空間準確分為五等份，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，其實驗原理用化學方程式可表示為____.

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

解析(1)A裝置是人教版教材設計的“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，實驗前向集氣瓶內加入少量水后將水面上方空間準確分為五等分，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氧氣與銅粉充分反應；B裝置的優點是反應始終在密閉容器中進行，測量結果更準確.

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