透视空气中氧气含量的测定

王廷虎

(安徽省无为县教子湾中学 238341)

空气中氧气含量的测定是初中化学教材中重要的探究实验，也是中考命题的热点.如何准确理解并掌握空气中氧气含量的测定？请同学们在学习时从以下几个方面入手.

一、实验原理

二、实验仪器

集气瓶、燃烧匙、橡皮塞、导气管、烧杯、弹簧夹、乳胶管等.

三、实验装置

如图所示.

四、实验步骤

1.检查装置的气密性；2.在集气瓶中装少量的水，再把水以上的部分分成五等份并做上记号，夹紧胶皮管；3.点燃燃烧匙中的红磷，立即伸入瓶内并塞紧瓶塞；4.待红磷燃烧停止，温度降低到室温后打开弹簧夹，观察实验现象及水面变化的情况.

五、实验现象

1.红磷燃烧放出热量，产生大量的白烟.

2.冷却至室温，打开弹簧夹，集气瓶内水面上升，进入集气瓶内的水约占瓶内液面以上容积的1/5.

六、实验结论

空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5.

七、实验反思

1.不能用硫、木炭、代替红磷.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体积，导致集气瓶内气体压强没有明显变化，测得结果误差过大(改进实验：可将集气瓶内的水换成氢氧化钠溶液).

2.不能用镁、铁代替红磷.因为镁与氧气反应的同时，还与空气中的氮气、二氧化碳反应；而铁丝不能在空气中燃烧.

八、误差分析

误差原因注意事项测量结果偏低红磷不足,氧气不能耗尽红磷要足量装置漏气会使装置外的空气进入装置气密性要好未等集气瓶冷却就打开止水夹待集气瓶冷却到室温后再打开止水夹测量结果偏高燃烧匙伸入过慢,会使装置内的气体受热逸出,而导致进入瓶中的水的体积偏多点燃红磷后迅速将燃烧匙伸入集气瓶

九、典例分析

例1 暖宝宝贴(主要成分为铁粉、木炭、食盐)的热量来源于铁粉的氧化.小涛同学设计使用暖宝宝贴来测定空气中氧气的含量，实验开始前的装置如图所示，实验后从量筒中流入玻璃瓶(容积为250 mL)中的水的体积为45 mL(铁粉生锈消耗的水忽略不计).下列说法错误的是( ).

A.实验前必须检查装置的气密性

B.通过本次实验数据测得空气中氧气的体积分数为18%

C.若实验测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝贴的使用数量不足

D.必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后才能记录量筒内剩余水的体积

点评空气中氧气含量测定实验成功的关键有以下几方面：①一般来讲，选择的药品必须是在空气中只与氧气发生反应，并且产物是固体；②药品要足量，确保将氧气完全耗尽；③装置气密性良好；④要注意冷却至室温再打开止水夹进行读数.

例2 为验证空气中氧气的体积分数，小明按图甲所示的装置进行了多次实验，发现每次测得的氧气体积分数总是远小于21%，他认为误差主要由实验装置造成，于是改用图乙装置进行实验，步骤如下：①连接装置并检查气密性；②在量筒内加入100mL的水；③在广口瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250mL；④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧瓶塞，关闭止水夹，接通电源使电烙铁发热，点燃红磷后，断开电源；⑤燃烧结束并充分冷却后，打开止水夹，待量筒内水面不再下降时，记录量筒内水的体积为65mL.

(1)小明按如甲装置进行实验时，该如何检查装置的气密性？____.(2)与装置甲相比，装置乙中使用电烙铁可以减小实验误差，其原因是：____.(3)根据本实验数据，计算出空气中氧气的体积分数为____.

小明发现，测量结果与真实值仍有较大差距，查阅资料发现，引起本实验的误差除装置外，还与可燃物的性质有关.

解析(1)检验此装置的气密性时，可将导管一端插入水中，用手紧握广口瓶外壁，观察水中的导管口是否有气泡冒出，如果有气泡冒出，说明装置气密性良好.(2)与装置甲相比，装置乙中使用电烙铁可以减小实验误差，其原因是改进后的装置无需打开瓶塞点燃红磷，避免瓶内空气外逸而造成实验误差.(3)量筒内减少的体积即为氧气的体积，空气中氧气的体积分数=(100 mL-65 mL)/250 mL×100%=14%.

答案 (1)将导管一端插入水中，用手紧握广口瓶外壁，观察水中的导管口是否有气泡冒出，如果有气泡冒出，说明装置气密性良好 (2)改进后的装置无需打开瓶塞点燃红磷，避免瓶内空气外逸而造成实验误差好 (3)14%

点评本题考查了空气中氧气的含量的探究，并且注重了实验方案的评价，对实验方案进行评价是近几年中考的一个重点，评价包括对实验方案的评价、实验过程的评价、实验结论的评价等，要认真把握.

例3 实验探究是科学探究的重要形式，请参与以下探究活动并回答问题：

(1)A装置是人教版教材设计的“测量空气里氧气的含量”的实验装置，教材实验所需试剂是水和____(填物质名称)，实验前向集气瓶内加入少量水后将水面上方空间准确分为五等份，该操作中一定要使用的仪器是____.

(2)小华用A装置测定的氧气含量偏低，可能的原因是____(任答一点).

(3)B装置也可用于测量空气中氧气的含量，其实验原理用化学方程式可表示为____.

(4)使用B装置进行实验时需交替缓慢推动两个注射器活塞的原因是____，实验结束后移开酒精灯，恢复到室温后读数即可计算出氧气含量，B装置的优点是____(任写一点).

解析(1)A装置是人教版教材设计的“测量空气里氧气的含量”的实验装置，教材实验所需试剂是水和红磷，实验前向集气瓶内加入少量水后将水面上方空间准确分为五等分，该操作中一定要使用的仪器是刻度尺.(2)造成该实验不够精确的可能原因是装置漏气、红磷的量不足等.(3)铜与氧气在加热的条件下反应生成氧化铜.(4)在实验的加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是使注射器内氧气与铜粉充分反应；B装置的优点是反应始终在密闭容器中进行，测量结果更准确.

点评根据实验装置，回忆实验中的注意事项，从而回答该实验的有关问题.对于实验装置的改进，要从原理上来考虑并进行合理的评价.