空氣中氧氣含量的測定

趙培龍

要點提煉

要點1：實驗原理

物質在密閉容器中與空氣中的氧氣發生反應，使密閉容器中的壓強減小，由于壓強差，燒杯中的水被大氣壓壓入容器，進入容器中的水的體積約等于反應消耗的氧氣的體積。

要點2：誤差分析

（1）測定結果偏小的原因：①紅磷的量不足，導致裝置中的氧氣未被消耗完;②裝置氣密性不好，導致外界空氣進入裝置內;③沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾，導致進入集氣瓶中的水的體積偏小。

（2）測定結果偏大的原因：①沒有夾緊彈簧夾，紅磷燃燒時集氣瓶內的氣體受熱膨脹，沿著導管逸出;②燃燒匙伸入集氣瓶過慢，使裝置內的部分氣體受熱逸出。

要點3：紅磷替代藥品的選擇

（1）藥品在空氣中易被點燃。如：不能用鐵絲代替紅磷的原因是鐵絲在空氣中不能燃燒。

（2）藥品只與空氣中的氧氣反應而不與空氣中的其他物質反應。如：不能用鎂條代替紅磷的原因是鎂條不僅與空氣中的氧氣反應，還能與氮氣、二氧化碳反應，會使得測量的結果偏大。

（3）盡可能選擇與氧氣反應只生成固體的藥品。若選擇的藥品與氧氣反應有氣體生成，應選擇適當的試劑吸收生成的氣體。如：不能用木炭（或硫粉）代替紅磷的原因是木炭（或硫粉）燃燒后產生的氣體會彌補集中瓶中反應所消耗的氧氣的體積，導致測得的氧氣的體積不準確。若用木炭（或硫粉）代替紅磷時，應選用氫氧化鈉溶液吸收生成的二氧化碳（或二氧化硫）。

拓展提升

1. 實驗裝置的改進

（1）改進原因。①實驗時在容器外點燃紅磷，燃燒產物會污染環境，將燃著的紅磷伸入集氣瓶時，空氣受熱膨脹逸出，會使得測量結果偏大，因此可改進為在密閉容器中進行。②集氣瓶的刻度讀數較粗略，且會有部分水殘留在導管中，使測量結果不準確。

（2）改進思路。①點燃方式的改進：實驗過程中不打開裝置，使裝置始終保持密閉，如圖1、圖2所示。②測量方式的改進：利用量筒或注射器等測量儀器，減小實驗誤差，使測定結果更加精確，如圖3所示。

2.實驗原理的創新

為減小實驗誤差，可利用鐵的銹蝕（如圖4）、加熱銅絲（如圖5）測定空氣中氧氣的含量，結果更準確。

探究應用

例 空氣中氧氣含量測定的再認識。

【實驗回顧】圖6是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。

（1）實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內

減小，燒杯中的水倒吸入集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量。

【提出問題】有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數低于7%時，紅磷就無法繼續燃燒，因此通過上述實驗，測量結果與理論值誤差較大。

【實驗改進】根據鐵在空氣中生銹的原理設計如圖7裝置，再次測定空氣中氧氣的含量。裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹，通過鐵生銹來消耗瓶中的氧氣。測得實驗數據如下表：

[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/mL 80.0 54.5 126.0 ]

【表達交流】（2）根據表中數據計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是? ?___________? ? 。（計算結果精確到0.1%）

（3）從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更高的原因是：

①? ? ? ____________________? ? ? ?;②? ? ? ____________________? ? 。

答案：（1）壓強 （2）20.2% （3）①鐵的緩慢氧化使集氣瓶中的氧氣消耗更徹底，實驗結果更準確 ②測量時考慮到導管容積和扣除內容物后的集氣瓶容積，實驗結果更準確