空气中氧气含量测定实验的改进及相关题型

摘要：结合教材实验装置及近年来中考常涉及的创新性实验装置，帮助学生归纳总结实验的考点，通过训练强化学生对原理的理解和应用.

关键词：燃烧；实验

作者简介：曹明华（1979-），男，江苏海安人，本科，中学一级，方向为主要研究初中化学教学研究.空气中氧气含量测定是人教版九年级化学上册的一个实验，教材实验装置中选择的可燃物是红磷.实验原理是：红磷燃烧消耗空气中的氧气且生成了五氧化二磷的白色固体，使密闭容器内压强减小，外界大气压将水沿导管压入集气瓶内，进入瓶中水的体积即为减少的气体体积.实验现象：（1）红磷燃烧产生大量的白烟，放出热量；（2）打开弹簧夹，烧杯内的水沿导管进入集气瓶，约占集气瓶容积的1/5.反应化学方程式：4P+5O2点燃2P2O5.实验结论：（1）氧气约占空气总体积的1/5；（2）空气中还有4/5体积的气体，不可燃也不助燃且不溶于水.

实验误差分析：（1）实验后若结果偏小，可能的原因有：红磷量不足、装置漏气、没有冷却到室温就打开弹簧夹；（2）实验后若结果偏大，可能的原因有：弹簧夹没有夹紧、燃烧匙伸入集气瓶内过慢.

实验成功的关键：红磷足量；装置的气密性良好；操作时要注意待集气瓶冷卻到室温后再打开弹簧夹等.可燃物红磷的替代品应满足的条件是：（1）可燃物能够在空气中燃烧；（2）可燃物在空气中燃烧时只消耗氧气，不与空气中的其他成分反应；（3）可燃物燃烧时只生成固体（若生成物是气体，可将水换成易吸收该气体的溶液）.

实验优缺点分析：实验化教材中的实验操作简单，现象明显直观，但实验开始时在空气中点燃燃烧匙内红磷会对空气造成污染.针对课本实验装置进行改进，改进方案的基本思路包括两个方面：

方案一：着火点方式的改进

如将红磷换成白磷，通过光、热使其在密闭的环境中燃烧，既减少对空气的污染又保证实验的成功，如图1.

方案二：反应物的改进

如反应物可以用铜代替，因为铜在密闭装置中，加热的条件下与氧气发生反应生成氧化物，气体体积的减少量即为空气中氧气的含量，如图2.

近两年有关这部分的中考命题内容及考查角度则是以空气中氧气含量的测定实验为基础，考查药品的选择、实验现象与结论、误差分析等知识.

二、相关中考题型链接

例1（1）用图3甲装置测定空气中氧气的含量，证明氧气约占空气总体积的1/5，图中a、b两种物质可分别选用（选序号）.

A.铁丝、水B.红磷、水

C.木炭、NaOH溶液D.硫粉、水

（2）图乙是对图甲测定空气中氧气含量的实验的改进（图甲中a所对应的药品均用酒精灯点燃），你认为改进后的优点是（选序号）.

A.节约能源B.不会对空气造成污染

C.测定结果更加准确D.操作简便、安全

解析（1）空气中氧气含量测定实验的原理是：通过可燃物燃烧消耗集气瓶内的氧气，使瓶内压强减小，烧杯中的水倒流进入瓶内，通过进入的水的体积间接测量空气中氧气的体积，所以实验过程中集气瓶内的氧气是否完全耗尽是实验成败的关键.铁丝不能在空气中燃烧，故选项A错误；红磷燃烧生成五氧化二磷固体，故选项B正确；木炭燃烧生成二氧化碳气体，二氧化碳气体能被氢氧化钠溶液吸收，故选项C正确；硫燃烧生成二氧化硫气体，二氧化硫气体不能被水完全吸收，故选项D错误；（2）图甲必须将药品点燃后才能伸入集气瓶内，而图乙中的白磷着火点较低，用激光笔就可以点燃，从而节约了能源，且装置始终保持密封，操作简便，没有污染，测定结果更加准确.

【答案】（1）B C（2）A B C D

例2实验回顾：图4甲是实验室测定空气中氧气含量的装置.

（1）写出集气瓶内红磷燃烧的化学方程式.

（2）实验原理：通过红磷燃烧耗尽氧气，使集气瓶内外产生压强差，在此压强差的作用下，水被压入集气瓶.进入集气瓶中水的体积即为的体积.

【提出问题】兴趣小组用上述方法测定的氧气含量常常小于1/5，查阅资料发现：空气中的氧气含量低于7%时，红磷就不能继续燃烧，提出用怎样的实验方法可以使测定结果与理论值误差相对较小？

【实验探究】Ⅰ.根据铁生锈的原理，探究用铁能否准确测定空气中氧气的含量.实验装置如图4乙，浸有饱和食盐水的纸袋内装有活性炭粉（会加快铁的生锈）和足量的铁粉.Ⅱ.测得实验数据如表1

表1测量项目实验前实验后烧杯中水

的体积烧杯中剩余

水的体积集气瓶（扣除内容

物）和导管的容积体积/mL80.054.5126.0【交流表达】（1）根据表格中提供的数据计算，实验改进后测得空气中氧气的体积分数是.

（2）对照两套实验装置，你认为通过改进后测定结果更准确的原因是（选序号）.

A.装置密闭性更好B.不会对空气造成污染

C.铁的缓慢氧化使集气瓶内氧气充分耗尽

D.测量时考虑到导管容积和扣除内容物

解析【实验回顾】（1）红磷燃烧的化学方程式为：4P+5O2点燃2P2O5.（2）通过红磷燃烧耗尽氧气，使集气瓶内外产生压强差，在此压强差的作用下，水被压入集气瓶，进入其中水的体积约等于瓶中氧气的体积，可以粗略测定空气中氧气的体积分数.

【交流表达】（1）由表1数据可知，消耗的氧气的体积是： 80mL﹣54.5mL=25.5mL， 故空气中氧气的体积分数为：25mL126mL×100%≈1202%.（2）对照两套实验装置，通过改进后测定结果更准确的原因是：装置密闭性更好、铁的缓慢氧化使集气瓶内氧气充分耗尽、测量时考虑到导管容积和扣除内容物，使实验结果更准确.

答案【实验回顾】4P+5O2点燃2P2O5

【交流表达】（1）20.2%（2）A C D

参考文献：

[1]化学（九年级上册）.人民教育出版社，2016.

[2]田中.初中化学全程复习方略[M].陕西新华出版传媒集团未来出版社，2015.