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人教版初中化学 中考特训(一) 空气中氧气含量的测定实验
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这是一份人教版初中化学 中考特训(一) 空气中氧气含量的测定实验，共6页。
1．如图Z1－1是用红磷燃烧法测定空气里氧气含量的装置图，有关此实验的结论与分析错误的是( )
图Z1－1
A．此实验证明，氧气约占空气体积的eq \f(1,5)
B．此实验证明，反应后集气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧
C．该实验中的红磷可以用硫来代替
D．若该实验没有达到预期目的，可能的原因之一是装置气密性不好
方法点拨
用燃烧法测定空气中氧气的含量，对可燃物选择的要求：
(1)可燃物能且只能与空气中的氧气反应；
(2)生成物中不能有气体(如果有气体应能用其他试剂吸收) 。
2．某同学用如图Z1－2所示装置测定空气中氧气的含量。请回答下列问题。
图Z1－2
(1)集气瓶底部预先放少量水的目的是___________________________________________
__________________________________________________________________________________________________。
(2)该实验中，红磷需稍过量，目的是____________________________________________
____________。
(3)待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹观察到的现象是______________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)实验后发现测定出的空气中氧气的含量大于eq \f(1,5)，这可能是由什么原因引起的？________________________________________________________________________________(写一点即可)。
(5)某同学由本实验得到如下结论：①燃烧匙中红磷的量越多，水位上升越高；②空气中含有氮气、氧气、二氧化碳和稀有气体；③氮气难溶于水。其中正确的是_____________________________________________________________________(填序号)。
方法点拨
误差分析方法：所测空气中氧气体积分数偏小的原因有：①红磷量不足；②装置漏气；③装置未冷却至室温就打开止水夹等。所测空气中氧气体积分数偏大的原因有：①点燃红磷后燃烧匙伸入集气瓶过慢，导致集气瓶中气体受热膨胀逸出；②止水夹未夹紧等。
题型二 装置改进类
3．暖宝宝中的发热剂是铁粉、水和食盐等，发热剂能代替红磷测定空气中氧气的含量(装置如图Z1－3所示)。以下对此改进实验的叙述，错误的是( )
图Z1－3
A．此实验的原理是利用铁生锈消耗氧气
B．实验前一定要检查装置的气密性
C．此实验中发热剂的多少不影响测定结果
D．此实验测出氧气的体积分数约为18.3%
4．为验证空气中氧气的体积分数，小明按图Z1－4中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%，他认为误差主要是由实验装置造成的，于是改用如图乙所示装置进行实验，步骤如下：
图Z1－4
①连接装置并检查气密性。
②在量筒内加入100 mL水。
③在瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250 mL。
④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧橡胶塞，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65 mL。
(1)小明按甲装置进行实验时，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，引起本实验误差的因素除装置外，还与可燃物的性质有关。
方法点拨
实验装置的改进思路：
(1)使装置始终密闭，一是有利于减小误差，使测定结果更准确；二是防止污染物向空气中逸散，可以减少污染。
(2)使实验装置更简单，操作更方便。
5．图Z1－5是测定空气中氧气体积分数的实验装置图。实验如下：用注射器抽取30 mL空气(活塞拉至30 mL刻度处)，硬质玻璃管中空气的体积为50 mL，在硬质玻璃管中放入过量的铜粉，在右侧导管口套上瘪的气球。点燃酒精灯，反复推拉注射器和挤压气球，待充分反应后，冷却至室温，将气球中的气体全部挤入硬质玻璃管，注射器中气体的体积为14 mL。(提示：铜粉与氧气在加热的条件下能反应生成黑色的氧化铜固体)
图Z1－5
(1)实验中气球的主要作用是__________________________________________________。
(2)实验时，铜粉过量的目的是____________________；________(填“能”或“不能”)用木炭代替铜粉进行相同的实验。
(3)实验测得空气中氧气的体积分数为________。
方法点拨
耗氧剂的改进思路：尽量将装置中的氧气完全消耗，可以选用的耗氧剂有白磷(容易被引燃，与氧气反应生成五氧化二磷固体)、铜粉(在加热的条件下能与氧气反应生成黑色氧化铜固体)、铁粉(在潮湿的空气中易生锈消耗氧气)。
6．2018·湖州某化学兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了改进：将数显设备、气体压强传感器和空气中氧气含量测量装置按图Z1－6所示连接。装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1。关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧橡胶塞，待火焰熄灭后，过一段时间打开活塞，观察到集气瓶中的液面上升。
图Z1－6
待集气瓶内的液面不再上升时，集气瓶内的气体体积为V2。然后向右边容器内加入一定量的水至两边液面再次相平，此时集气瓶内的气体体积为V3。在点燃红磷至打开活塞这一过程中，观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先增大后减小，最后趋于稳定。
请回答：
(1)数显设备显示，开始一段时间集气瓶内气体压强增大，这是因为温度升高导致的气压变化量________(填“大于”“等于”或“小于”)氧气量减少导致的气压变化量。
(2)基于数显设备显示的气压变化，“过一段时间打开活塞”中的“一段时间”指的是火焰熄灭后到______________________________所经历的时间。
(3)在整个实验过程中，集气瓶中减少的氧气体积为________________(填“V1－V2”“V1－V3”或“V2－V3”)。
教师详解详析
1．C [解析] 该实验通过足量的红磷燃烧把集气瓶内空气里的氧气消耗完，集气瓶中压强减小，从而使得烧杯内的水倒吸入集气瓶中，根据倒吸入集气瓶中的水的体积来测量空气中氧气的含量，该实验证明，氧气约占空气体积的eq \f(1,5)；根据进入集气瓶内水的体积等于消耗的氧气的体积可推知，集气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧；硫燃烧会生成二氧化硫气体，从而占据所消耗的氧气的体积，故该实验中的红磷不可以用硫来代替；若装置气密性不好，会影响进入集气瓶内水的体积，从而影响实验目的的达成。
2．(1)吸收有毒的五氧化二磷，同时吸收热量，有助于装置冷却
(2)将集气瓶中的氧气消耗完
(3)水从烧杯沿导管流入集气瓶中，水面上升至刻度1处
(4)燃烧匙伸入集气瓶中的速度太慢，没有立即塞紧橡胶塞(或止水夹未夹紧，合理即可)
(5)③
[解析] (1)集气瓶内预先加入少量水的目的是吸收有毒的五氧化二磷，同时加速装置冷却。(2)测定空气中氧气的体积分数，该实验需加入过量的红磷，目的是把集气瓶中的氧气消耗完，然后依据进入集气瓶内水的体积确定氧气的含量。(3)待装置冷却后，打开止水夹观察到的现象是：水从烧杯沿导管流入集气瓶中，水面上升至刻度1处，即进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的eq \f(1,5)。(4)如果燃烧匙伸入瓶中速度太慢，没有立即塞紧橡胶塞，会造成瓶中部分气体受热逸出，使测量结果偏大。(5)由本实验可得出氧气约占空气体积的eq \f(1,5)，还可推测出剩余的气体难溶于水、不燃烧也不支持燃烧，但无法推知②；与红磷反应的气体是氧气，当氧气耗尽，瓶内的水位将不再上升，故①不正确。
3．C [解析] 铁生锈消耗氧气，使装置内的压强减小，进入集气瓶内水的体积就是消耗氧气的体积；如果装置漏气，会使进入集气瓶内的水偏少，测定的结果偏小；发热剂必须足量，因为只有足量的发热剂才能把氧气消耗完，使结果准确；集气瓶内空气的体积为300 mL，进入集气瓶内水的体积是55 mL，即消耗的氧气的体积是55 mL，因此测得的氧气的体积分数为eq \f(55 mL,300 mL)×100%＝18.3%。
“耗氧剂”的选择需满足两个要求：①能且只能消耗空气中的氧气；②生成物中不能有气体。最常见的“耗氧剂”是红磷或白磷，也可用铜粉(铜在加热的条件下能与氧气反应生成黑色的氧化铜固体)或铁粉(铁粉在有水、食盐、活性炭的条件下能较快生锈，消耗氧气)。其中，利用铜粉或铁粉能更充分地消耗密闭空气中的氧气，测定结果更准确。
4．(1)打开止水夹，将导管一端插入水中，用手捂住瓶外壁，观察水中的导管口处是否有气泡冒出，如果有气泡冒出，说明装置气密性良好
(2)装置乙无须打开橡胶塞就可以点燃红磷，避免瓶内空气逸出而造成实验误差
(3)14%
[解析] (3)量筒内水减少的体积即为氧气的体积，则氧气的体积为100 mL－65 mL＝35 mL；测得的空气中氧气的体积分数为eq \f(35 mL,250 mL)×100%＝14%。
5．(1)防止装置内气体压强过大使橡胶塞弹开
(2)使氧气完全反应 不能
(3)20%
[解析] (3)实验中测得的氧气体积为30 mL－14 mL＝16 mL，则实验测得空气中氧气的体积分数为eq \f(16 mL,50 mL＋30 mL)×100%＝20%。
6．(1)大于 (2)集气瓶内的温度恢复至室温(合理即可)
(3)V1－V3
[解析] (1)温度升高，气体受热膨胀，气体压强变大，大于氧气量减少导致压强减小的变化量，所以总体表现为气体压强增大。(2)要使实验测得的数据真实可靠，所有的数据比较必须基于同一变量控制之下，所以过一段时间打开活塞，这段时间实际上是火焰熄灭后到集气瓶内的温度恢复至室温这段时间，只有这样，才可能消除温度对反应体系的影响。(3)根据实际过程可知，本反应中，集气瓶内实际减少的氧气体积应该是V1－V3，同样是基于控制变量的思想，只有两边气压平衡后，减少的气体体积才是真正意义上的氧气体积。
1．如图Z1－1是用红磷燃烧法测定空气里氧气含量的装置图，有关此实验的结论与分析错误的是( )
图Z1－1
A．此实验证明，氧气约占空气体积的eq \f(1,5)
B．此实验证明，反应后集气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧
C．该实验中的红磷可以用硫来代替
D．若该实验没有达到预期目的，可能的原因之一是装置气密性不好
方法点拨
用燃烧法测定空气中氧气的含量，对可燃物选择的要求：
(1)可燃物能且只能与空气中的氧气反应；
(2)生成物中不能有气体(如果有气体应能用其他试剂吸收) 。
2．某同学用如图Z1－2所示装置测定空气中氧气的含量。请回答下列问题。
图Z1－2
(1)集气瓶底部预先放少量水的目的是___________________________________________
__________________________________________________________________________________________________。
(2)该实验中，红磷需稍过量，目的是____________________________________________
____________。
(3)待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹观察到的现象是______________________________
_______________________________________________________________________________。
(4)实验后发现测定出的空气中氧气的含量大于eq \f(1,5)，这可能是由什么原因引起的？________________________________________________________________________________(写一点即可)。
(5)某同学由本实验得到如下结论：①燃烧匙中红磷的量越多，水位上升越高；②空气中含有氮气、氧气、二氧化碳和稀有气体；③氮气难溶于水。其中正确的是_____________________________________________________________________(填序号)。
方法点拨
误差分析方法：所测空气中氧气体积分数偏小的原因有：①红磷量不足；②装置漏气；③装置未冷却至室温就打开止水夹等。所测空气中氧气体积分数偏大的原因有：①点燃红磷后燃烧匙伸入集气瓶过慢，导致集气瓶中气体受热膨胀逸出；②止水夹未夹紧等。
题型二 装置改进类
3．暖宝宝中的发热剂是铁粉、水和食盐等，发热剂能代替红磷测定空气中氧气的含量(装置如图Z1－3所示)。以下对此改进实验的叙述，错误的是( )
图Z1－3
A．此实验的原理是利用铁生锈消耗氧气
B．实验前一定要检查装置的气密性
C．此实验中发热剂的多少不影响测定结果
D．此实验测出氧气的体积分数约为18.3%
4．为验证空气中氧气的体积分数，小明按图Z1－4中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%，他认为误差主要是由实验装置造成的，于是改用如图乙所示装置进行实验，步骤如下：
图Z1－4
①连接装置并检查气密性。
②在量筒内加入100 mL水。
③在瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250 mL。
④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧橡胶塞，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65 mL。
(1)小明按甲装置进行实验时，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，引起本实验误差的因素除装置外，还与可燃物的性质有关。
方法点拨
实验装置的改进思路：
(1)使装置始终密闭，一是有利于减小误差，使测定结果更准确；二是防止污染物向空气中逸散，可以减少污染。
(2)使实验装置更简单，操作更方便。
5．图Z1－5是测定空气中氧气体积分数的实验装置图。实验如下：用注射器抽取30 mL空气(活塞拉至30 mL刻度处)，硬质玻璃管中空气的体积为50 mL，在硬质玻璃管中放入过量的铜粉，在右侧导管口套上瘪的气球。点燃酒精灯，反复推拉注射器和挤压气球，待充分反应后，冷却至室温，将气球中的气体全部挤入硬质玻璃管，注射器中气体的体积为14 mL。(提示：铜粉与氧气在加热的条件下能反应生成黑色的氧化铜固体)
图Z1－5
(1)实验中气球的主要作用是__________________________________________________。
(2)实验时，铜粉过量的目的是____________________；________(填“能”或“不能”)用木炭代替铜粉进行相同的实验。
(3)实验测得空气中氧气的体积分数为________。
方法点拨
耗氧剂的改进思路：尽量将装置中的氧气完全消耗，可以选用的耗氧剂有白磷(容易被引燃，与氧气反应生成五氧化二磷固体)、铜粉(在加热的条件下能与氧气反应生成黑色氧化铜固体)、铁粉(在潮湿的空气中易生锈消耗氧气)。
6．2018·湖州某化学兴趣小组对“测定空气中氧气含量”的实验进行了改进：将数显设备、气体压强传感器和空气中氧气含量测量装置按图Z1－6所示连接。装置气密性良好，调节右边敞口容器和集气瓶里的水面相平，此时集气瓶内气体的体积为V1。关闭活塞，点燃燃烧匙内的红磷，立即塞紧橡胶塞，待火焰熄灭后，过一段时间打开活塞，观察到集气瓶中的液面上升。
图Z1－6
待集气瓶内的液面不再上升时，集气瓶内的气体体积为V2。然后向右边容器内加入一定量的水至两边液面再次相平，此时集气瓶内的气体体积为V3。在点燃红磷至打开活塞这一过程中，观察到数显设备显示集气瓶内的气体压强先增大后减小，最后趋于稳定。
请回答：
(1)数显设备显示，开始一段时间集气瓶内气体压强增大，这是因为温度升高导致的气压变化量________(填“大于”“等于”或“小于”)氧气量减少导致的气压变化量。
(2)基于数显设备显示的气压变化，“过一段时间打开活塞”中的“一段时间”指的是火焰熄灭后到______________________________所经历的时间。
(3)在整个实验过程中，集气瓶中减少的氧气体积为________________(填“V1－V2”“V1－V3”或“V2－V3”)。
教师详解详析
1．C [解析] 该实验通过足量的红磷燃烧把集气瓶内空气里的氧气消耗完，集气瓶中压强减小，从而使得烧杯内的水倒吸入集气瓶中，根据倒吸入集气瓶中的水的体积来测量空气中氧气的含量，该实验证明，氧气约占空气体积的eq \f(1,5)；根据进入集气瓶内水的体积等于消耗的氧气的体积可推知，集气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧；硫燃烧会生成二氧化硫气体，从而占据所消耗的氧气的体积，故该实验中的红磷不可以用硫来代替；若装置气密性不好，会影响进入集气瓶内水的体积，从而影响实验目的的达成。
2．(1)吸收有毒的五氧化二磷，同时吸收热量，有助于装置冷却
(2)将集气瓶中的氧气消耗完
(3)水从烧杯沿导管流入集气瓶中，水面上升至刻度1处
(4)燃烧匙伸入集气瓶中的速度太慢，没有立即塞紧橡胶塞(或止水夹未夹紧，合理即可)
(5)③
[解析] (1)集气瓶内预先加入少量水的目的是吸收有毒的五氧化二磷，同时加速装置冷却。(2)测定空气中氧气的体积分数，该实验需加入过量的红磷，目的是把集气瓶中的氧气消耗完，然后依据进入集气瓶内水的体积确定氧气的含量。(3)待装置冷却后，打开止水夹观察到的现象是：水从烧杯沿导管流入集气瓶中，水面上升至刻度1处，即进入水的体积约占集气瓶内原空气体积的eq \f(1,5)。(4)如果燃烧匙伸入瓶中速度太慢，没有立即塞紧橡胶塞，会造成瓶中部分气体受热逸出，使测量结果偏大。(5)由本实验可得出氧气约占空气体积的eq \f(1,5)，还可推测出剩余的气体难溶于水、不燃烧也不支持燃烧，但无法推知②；与红磷反应的气体是氧气，当氧气耗尽，瓶内的水位将不再上升，故①不正确。
3．C [解析] 铁生锈消耗氧气，使装置内的压强减小，进入集气瓶内水的体积就是消耗氧气的体积；如果装置漏气，会使进入集气瓶内的水偏少，测定的结果偏小；发热剂必须足量，因为只有足量的发热剂才能把氧气消耗完，使结果准确；集气瓶内空气的体积为300 mL，进入集气瓶内水的体积是55 mL，即消耗的氧气的体积是55 mL，因此测得的氧气的体积分数为eq \f(55 mL,300 mL)×100%＝18.3%。
“耗氧剂”的选择需满足两个要求：①能且只能消耗空气中的氧气；②生成物中不能有气体。最常见的“耗氧剂”是红磷或白磷，也可用铜粉(铜在加热的条件下能与氧气反应生成黑色的氧化铜固体)或铁粉(铁粉在有水、食盐、活性炭的条件下能较快生锈，消耗氧气)。其中，利用铜粉或铁粉能更充分地消耗密闭空气中的氧气，测定结果更准确。
4．(1)打开止水夹，将导管一端插入水中，用手捂住瓶外壁，观察水中的导管口处是否有气泡冒出，如果有气泡冒出，说明装置气密性良好
(2)装置乙无须打开橡胶塞就可以点燃红磷，避免瓶内空气逸出而造成实验误差
(3)14%
[解析] (3)量筒内水减少的体积即为氧气的体积，则氧气的体积为100 mL－65 mL＝35 mL；测得的空气中氧气的体积分数为eq \f(35 mL,250 mL)×100%＝14%。
5．(1)防止装置内气体压强过大使橡胶塞弹开
(2)使氧气完全反应 不能
(3)20%
[解析] (3)实验中测得的氧气体积为30 mL－14 mL＝16 mL，则实验测得空气中氧气的体积分数为eq \f(16 mL,50 mL＋30 mL)×100%＝20%。
6．(1)大于 (2)集气瓶内的温度恢复至室温(合理即可)
(3)V1－V3
[解析] (1)温度升高，气体受热膨胀，气体压强变大，大于氧气量减少导致压强减小的变化量，所以总体表现为气体压强增大。(2)要使实验测得的数据真实可靠，所有的数据比较必须基于同一变量控制之下，所以过一段时间打开活塞，这段时间实际上是火焰熄灭后到集气瓶内的温度恢复至室温这段时间，只有这样，才可能消除温度对反应体系的影响。(3)根据实际过程可知，本反应中，集气瓶内实际减少的氧气体积应该是V1－V3，同样是基于控制变量的思想，只有两边气压平衡后，减少的气体体积才是真正意义上的氧气体积。
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