中考九年级上学期 实验串讲2空气成分的测定.docx

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中考九年级上学期实验串讲2空气成分的测定

九上实验串讲2-空气成分的测定

【实验说明】

在解空气中氧气含量测定的基本题型时首先要弄清定量测定空气组成的原理，即创设一个密闭的环境（容器），利用可燃物在其中燃烧耗尽空气中的氧气，从而使容器内的压强小于外面大气压，测得液体（水或其他液体）进入容器内的体积即为消耗的氧气体积，从而得出结论。

试题中除基本题型外考查的点主要有：

①剩余气体的性质；②实验中的误差分析；③实验药品的选择；④实验装置的改进；⑤实验原理的应用等。

【实验原型】

1．有关空气组成的研究与发现对化学的发展做出了重要贡献。

Ⅰ．拉瓦锡的研究：

用加热汞的方法测定空气中氧气的含量

如图1所示，拉瓦锡把少量的汞放在密闭的玻璃容器中连续加热12天后，发现有一部分银白色的液态汞变成红色粉末，容器内空气体积减少了约五分之一。

收集汞表面生成的红色粉末（氧化汞），置于另一容器内强热得到了汞和氧气，且氧气的体积恰好等于原来密闭容器里所减少的空气体积。

（1）上述实验中，使用汞的优点有　　。

A．汞为液态，在加热的条件下只与氧气反应且生成物为固体

B．时间足够长，能将密闭装置中的氧气几乎耗尽

C．实验过程中没有污染

D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气

（2）继拉瓦锡研究后，英国科学家瑞利经多次实验发现：

从空气分离得到的氮气密度总是略大于纯净氮气密度。

造成这一差异主要与空气中的　　相关。

Ⅱ．兴趣小组A的实验：

用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（如图2所示）

（3）用酒精灯点燃燃烧匙中过量的红磷，观察到的现象有　　，并放出大量的热。

写出该反应的化学方程式：

　　。

（4）该兴趣小组同学经多次实验发现：

当反应停止并恢复至室温，用氧气浓度传感器测得广口瓶内始终有8%左右的氧气残留。

请分析红磷燃烧无法耗尽氧气的原因是　　（已排除操作原因引起的实验误差）。

Ⅲ．兴趣小组B的实验：

用铁生锈原理测定空气中氧气含量（如图3所示）。

测得实验数据如表：

测量

项目

实验前

烧杯中水的体积

实验后烧杯中剩余水的体积

集气瓶（扣除内容物）和导管的体积

体积/ml

80.0

49.0

150.0

（5）根据表中数据，计算实验测得的空气中氧气的体积分数是　　（计算结果精确到0.1%）。

（6）该实验中NaCl溶液的作用是　　。

2.空气中氧气含量测定的再认识。

【经典赏析】教材中介绍了拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分（实验装置如图1）。

该实验中选择使用汞的优点有______________。

A．实验过程中没有污染

B．在汞槽中起到液封的作用

C．能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽

D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气

【实验回顾】实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图2），当冷却至室温后，集气瓶内剩余气体的成分是__________________________。

A．五氧化二磷

B．主要成份为氮气和氧气

C．纯净的氮气

D．主要成份为氮气的混合气体兴趣小组的同学用该方法测出的氧气含量常常远低于21％。

【提出问题】用红磷燃烧的方法为什么测定空气中氧气的含量会偏小？

【进行猜想】

（1）装置漏气；

（2）_________________，装置内氧气有剩余；

（3）________________________________________；……

【实验与交流】在老师的指导下，凤九分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测定氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85％和3.21％。

请从燃烧条件的角度分析产生上述两个结果较大差异的主要原因是：

_______________________。

【实验探究1】东华根据铁生锈的原理，探究用铁能否准确测定空气中氧气的含量。

于是进行了实验（装置如图3）。

通过7天测得的数据计算出空气中氧气的含量为19.13％。

【交流与反思】与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点是：

____________________。

【实验探究2】为了加快反应速率，东华通过查阅资料，利用铁粉、炭粉、氯化钠等物质又进行了实验（装置如图4）。

8分钟后测得的数据如下表：

请计算出空气中氧气含量为___________（计算结果保留一位小数）。

【结论与反思】通过上述实验探究，选择____________________（填物质名称）进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差。

【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿主要成分为Cu2（OH）2CO3]。

写出生成铜绿的化学方程式_____________________________。

若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，请判断能否比较准确地测定空气中氧气的含量，并说明理由。

_______________________（相对原子质量：

C-12  O-16）

【答案】1．ABD；稀有气体；大量的白烟；4P+5O2

2P2O5；当广口瓶内的氧气浓度过低时就不能支持红磷持续燃烧；20.7%；加快铁生锈消耗氧气的速率

2.BCD；D；红磷不足、实验前没有夹弹簧夹；白磷着火点比红磷着火点低；装置内残留的氧气更少，实验结果更准确；20.2%；铁粉、碳粉、氯化钠和蒸馏水；2Cu+O2+H2O+CO2→Cu2（OH）2CO3；不能，因为空气中二氧化碳含量约只有0.03%，铜不能将装置中的氧气几乎耗尽

【近迁移】

1．下面几位同学是测量空气中氧气体积含量的几个实验，请你参与他们的实验探究：

[实验一]小强采用A图所示的装置进行实验：

在由两个注射器组成的密闭系统中留有25mL空气，给装有细铜丝的玻璃管加热，同时缓慢推拉两个注射器活塞，至玻璃管内的铜丝在较长时间内无进一步变化时停止加热，待冷却至室温，将气体全部推至一个注射器内，观察密闭系统内空气体积变化（已知铜能与空气中的氧气反应）。

（1）在实验加热过程中，交替缓慢推动两个注射器活塞的目的是　　。

（2）小强测得实验结果，空气中氧气的体积分数小于20%，造成该实验出现误差的原因可能是　　。

（填序号）

①读数时没有冷却至室温；②加入铜丝量太少

[实验二]：

小红采用B图所示的装置进行实验：

实验过程如下：

第一步：

将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。

第二步：

用放大镜点燃燃烧匙内的红磷。

第三步：

待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的。

请回答下列问题：

（1）集气瓶中剩余的气体主要是　　。

（2）根据实验推断集气瓶中剩余气体的性质有　　。

[实验三]小华同学打算采用C图所示的装置进行实验：

设计如下方案：

选用实际容积为25mL的试管作为反应容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与注射器（注射器的容积为40ml，且润滑性很好）相连，注射器的前沿停在20ml刻度处。

（假设此实验能够按照小华的设想正常进行，白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，且两个容器间的导管足够粗，保持空气正常流动。

）请回答下列问题：

（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明　　；

（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，试管冷却后再松开弹簧夹，观察到的现象为　　。

2．某化学兴趣活动小组为测定空气中氧气的含量，进行如下探究实验：

（1）如①实验中可以看到玻璃容器内白磷燃烧时的现象是　　，该反应的符号表达式是　　。

实验结束后，恢复至常温，活塞应停在刻度　　处，出现该现象的原因是：

　　。

②玻璃容器内余下的气体主要是　　。

③此反应中白磷要过量，目的是　　。

3．某兴趣小组开展“测定密闭容器中某种气体的体积分数”的探究实验。

【实验1】按图1所示装置，用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的体积分数。

【实验2】按图2所示装置，在集气瓶内壁用水均匀涂附铁粉除氧剂（其中辅助成分不干扰实验），利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数。

（1）实验1中，红磷燃烧的主要现象是　　。

红磷熄灭后，集气瓶冷却至室温，打开K，水能倒吸入集气瓶的原因是　　。

（2）为提高实验的准确性，以上两个实验都需要注意的事项是　　（写一点）。

（3）实验过程中，连接数字传感器，测得实验1、实验2中氧气的体积分数随时间变化的关系分别如图3、图4所示。

依据图3，图4信息，　　（填“实验1”或“实验2”）的测定方法更准确，判断依据是　　。

（4）结合你的学习经验，若要寻找红磷或铁粉除氧剂的替代物，用图1或图2装置测定空气中氧气的体积分数，该替代物应满足的条件是　　（写两点）。

【实验3】测定用排空气法收集到的集气瓶中二氧化碳的体积分数。

（5）甲同学设计图5所示装置进行测定。

浓NaOH溶液的作用是　　（用化学方程式表示）。

（6）乙同学提出，仅利用图6所示装置，在不添加其他试剂的前提下，也能测得集气瓶中二氧化碳的体积分数。

为达到实验目的，操作方法是　　。

4．化学兴趣小组对空气中氧气含量的测定进行了如下实验探究。

将数显设备、三种传感器（气体压强、温度、氧气浓度）和其它装置按图1连接，装置气密性良好。

实验开始，打开并调试好传感器和数显设备，用酒精灯将足量红磷点燃，立即将燃烧匙伸入瓶中并塞紧橡皮塞。

各传感器测得的数据如图2所示，横坐标为时间，纵坐标表示该段时间内气体压强、温度、氧气浓度对应的变化情况。

（1）写出红磷燃烧的化学方程式：

　　。

（2）根据图2中压强变化曲线，bc段压强升高的原因是　　。

实验结束打开活塞的过程中，压强曲线中对应的线段是　　。

（3）图2中X曲线表示的是　　（填“温度”或“氧气浓度”）变化情況。

（4）实验结束测得装置内氧气浓度为8.85%后改用足量白磷实验测得氧气浓度为3.21%

①白磷燃烧的微观图示如图3，写出白磷燃烧的化学方程式：

　　。

②采用教材装置测定空气中氧气含量时，改用白磷能使测定结果较准确的原因是　　。

③根据实验结果，你对燃烧条件的新认识是　　。

5．法国化学家拉瓦锡通过实验得出的结论是氧气约占空气总体积的1/5，某校的化学兴趣小组对该实验进行了探究。

探究一：

第一化学兴趣小组的同学按照课本的实验装置做“测定空气中氧气的体积分数”实验，但测出的氧气体积分数明显偏小，设计改进实验（图1）。

【查阅资料】

颜色、状态

熔点/℃

燃烧所需最低温度/℃

密度/g•cm﹣3

红磷

暗红色固体

590

240

2.34

白磷

白色固体

44.1

40

1.82

（1）写出课本实验集气瓶中红磷发生反应的文字表达式　　，属于　　反应。

（填基本反应类型）

（2）课本实验测出氧气体积分数偏小的原因：

　　。

（写一条原因）

（3）对课本实验装置进行了如图1的改进。

①把红磷更换为白磷，理由是　　；

②通过粗铜丝来点燃玻璃管内的白磷，利用了金属铜的导电性；

③与课本实验装置相比，图1装置的一个优点是　　。

探究二：

第二化学兴趣小组设计了图2所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是底面积为50cm2、高20cm的圆筒状玻璃容器（带密封盖），上面标有以cm为单位的刻度，B是带刻度的敞口玻璃管（其他辅助装置略）。

他们的操作过程如下：

a．检查装置气密性；

b．加水并调整B的高度，使A中的液面至刻度15cm处；

c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，盖紧密封盖。

（提示：

铜和氧气在加热的条件下反应生成氧化铜）

d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，调整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，记录液面刻度。

（注：

A容器内固态物质所占的体积忽略不计）

（1）在操作a中检查装置气密性的方法：

往B中加水，使A、B液面保持水平，盖紧A的密封盖，再把B管向上轻提，若出现　　（填现象），则气密性良好

（2）在上述实验中，下列物质不能代替铜粉的是　　（填字母）。

A．红磷B．木炭C．硫D．铁丝

（3）在操作d结束时，装置A中液面的刻度约为　　cm（填整数）。

如果在操作d结束时，装置A中液面刻度在11cm处，则实验结果比理论值　　（填“偏大”或“偏小”）。

6．某研究性学习小组设计了如图1所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是标有以cm为单位的刻度尺、且在0刻度正上方一圆状缺口处有一圆筒状玻璃容器（带橡皮塞B），C为能自由移动的活塞。

他们操作过程如下：

a．检查装置的气密性；

b．将两个可自由移动的活塞C分别调整到左右两边刻度的10cm处；

c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，塞上橡皮塞B；

d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的温度，记录两活塞C之间的距离为h；

e．根据数据h列出公式，计算空气中氧气的体积分数。

（注：

A容器内的固态物质、惰性电热板、活塞部分所占体积忽略不计，活塞与玻璃容器之间的摩擦力也忽略不计）

（1）检查装置气密性的方法是分别移动两活塞C到左右两边刻度为10cm处，塞紧橡皮塞B，双手将两活塞C向里推，使活塞之间的距离缩小，然后松手，活塞向外移动，直到两活塞C的距离为　　cm时停止移动，说明装置气密性好。

（2）b～d的实验步骤中两活塞之间的距离h具体变化情况是　　。

（3）空气中氧气的体积分数的计算公式（含字母h）为　　。

（4）如果在操作d中惰性电热板没有冷却到原来温度，则e操作中计算出的实验结果比理论值偏　　（“大”或“小”）。

（5）该装置和图2比，优点是　　。

7．某研究小组用如图所示装置，探究能否用镁条代替红磷测定空气中氧气含量。

【提出猜想】

猜想1：

可以代替，因为镁条与氧气反应后不会产生气体

猜想2：

不能代替，因为镁条可能会与空气中的其他成分发生反应

【进行实验】

步骤

实验操作

实验现象

Ⅰ

组装好装置后，打开止水夹，手捂集气瓶，一段时间后，松开手

烧杯中导管口有气泡冒出，松手后，烧杯中导管末端有一段液柱

Ⅱ

关闭止水夹，点燃镁条，迅速伸入集气瓶中，塞好塞子

镁条燃烧，放出大量热，发出耀眼白光，生成大量白烟，剩余固体为白色带状物还夹杂着极少量淡黄色的固体

Ⅲ

冷却至室温，打开止水夹

烧杯中水从导管进入集气瓶中，体积约为集气瓶体积的

【解释与结论】

（1）步骤Ⅰ的实验目的是　　。

（2）步骤Ⅱ中，关闭止水夹的目的是　　。

（3）根据实验现象中的　　（写一个即可）可以推测猜想2成立。

①【继续探究】经查阅资料得知氮化镁（Mg3N2）为淡黄色的固体，于是小晴猜想镁条还可能会与空气中的　　发生反应；

②【设计实验】她设计实验方案证明自己的猜想　　；

③【实验结论】镁条与氮气反应的化学方程式为：

　　；

④【反思与评价】通过上述探究活动，你对燃烧有什么新的认识？

　　。

8．科学课本上用图甲的装置来测定空气中氧气的体积分数，而小明通过査询资料对该实验进行改进，利用四硫化钠（Na2S4）固体替代红磷进行实验，其反应原理为2Na2S4+O2+2H2O→8S↓+4NaOH

实验步骤：

①将足量的四硫化钠（Na2S4）固体置于试管中，加入适量的水并迅速塞紧橡胶塞，再充分振荡。

②测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h1（如图乙所示）・

③将该试管插入水中（如图丙所示），取下橡胶塞，观察到试管内液面上升。

④当管内液面稳定时塞紧橡胶塞，将试管取出倒转过来，测量液面至橡胶塞下沿的距离（如图丁所示）记录数据h2。

⑤按照①～③再重复实验两次。

3次实验数据如下表所示：

第1次

第2次

第3次

h1/厘米

11.0

11.4

11.6

h2/厘米

8.7

9.1

9.2

（1）步骤①中进行充分振荡的目的是　　；

（2）计算第3次实验空气中氧气的体积分数约为　　（结果精确到0.1%）；

（3）小明设计的实验与课本上的实验相比，有什么优点　　。

（写出一点即可）

（4）同学们分析了小明的实验方案后，认为步骤④中塞紧橡胶塞的时机对测量结果有影响，请问何时塞橡胶塞测量结果最准确？

　　。

【答案】1．使空气中的氧气充分反应；②；氮气；难溶于水，既不能燃烧，也不能支持燃烧；装置的气密性良好；注射器的活塞向左移动至刻度10mL处停止

2．产生大量的白烟；P+O2

P2O5；4；氧气约占空气总体积的；氮气；完全消耗装置的氧气

3．产生了大量的白烟；氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压；装置的气密性要良好；实验2；

反应后，实验1集气瓶内剩余氧气的体积分是8.6%，实验2集气瓶内氧气几乎要耗尽；能够和氧气反应，生成物不是气体；2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O；用冰水冷却集气瓶，打开K

4．4P+5O2

2P2O5；红磷燃烧放热，使装置内气体受热膨胀，压强变大；de；温度；P4+5O2

P4O10；足量的白磷燃烧消耗的氧气的更多；不同物质燃烧需要氧气的最低浓度不同

5．红磷+氧气五氧化二磷；化合；红磷量不足，氧气未被消耗完；白磷的着火点低，可以较容易的发生燃烧；测量所得数据比较准确（或所用试剂量少，节约药品；或环保，生成的五氧化二磷有毒，不污染空气）；当B管中的液面高于A管时；B；12；偏大

6．20；h先大于20cm，后逐渐减少，直到h约等于16cm时保持不变；小；实验结果更准确

7．检查装置的气密性；防止温度升高导致气压增大，将部分气体压出集气瓶；生成物中有极少量淡黄色的固体或进入集气瓶中水的体积约为集气瓶体积的；氮气；将点燃的镁条伸入充满氮气的集气瓶中；3Mg+N2

Mg3N2；燃烧不一定在氧气中进行

8．为了使氧气充分反应；20.7%；不需要加热，节约能源或操作简便等；当试管中的液面不再上升时，塞橡胶塞测量结果最准确

【远迁移】

1.小明用容积为125mL的集气瓶通过向上排空气法收集二氧化碳气体。

验满后小明认为这瓶气体不是纯净的，为测定这瓶气体中二氧化碳的体积分数，设计如图装置进行实验（装置气密性良好）。

【查阅资料】氢氧化钠（NaOH）可以与二氧化碳反应，生成碳酸钠（Na2CO3）和水，碳酸钠易溶于水，写出反应的化学方程式　　。

【实验操作】将注射器内的氢氧化钠溶液全部注入集气瓶中，轻轻地稍微振荡集气瓶，打开弹簧夹，量筒内的水沿导管流入集气瓶，实验结束后，经检验集气瓶内氢氧化钠有剩余，并测得集气瓶外剩余的水35mL。

【实验结果】这瓶气体中二氧化碳的体积分数＝　　。

【反思与评价】该实验还存在误差，原因可能是　　。

【答案】1．2NaOH+CO2→Na2CO3+H2O；80%；少量水存在与导管中，没有进入集气瓶

2.测定身边不同环境中二氧化碳的含量

当空气中二氧化碳含量较少时对人体无危害，但其超过一定量时会影响人的呼吸，原因是血液中的碳酸浓度增大，酸性增强，导致酸中毒。

空气中二氧化碳的体积分数为1%时，人会感到气闷、头昏、心悸；体积分数为2%时，人会感到眩晕；而达到10%的时候，会使人体机能严重紊乱，使人丧失知觉、神志不清、呼吸停止而死亡。

我国室内空气中二氧化碳卫生标准值≤0.10%，人体对CO2长期耐受浓度的极限为0.5%。

人类活动会造成二氧化碳排放量的增加，如在厨房炒菜后，或者人们在卧室休息一晚后，或者是在门窗紧闭的教室里学习一段时间后，相应场所的二氧化碳浓度都会增大。

据国家标准GB/T17226-1998《中小学教室换气卫生要求》规定，教室内空气中二氧化碳的最高允许浓度为0.15%。

请你设计实验收集不同场所的空气，并测量这些空气中二氧化碳的含量。

知识支持：

二氧化碳能溶于水，可以被氢氧化钠、氢氧化钙等碱性溶液较快地吸收。

实验方案

实验记录

取样的场所

选取的药品

实验现象

结论即解释

思考：

请你进一步分析怎样能使实验测定更加准确。

【学科观念的形成】

方法类基本观念——实验观、计量观的形成。

【思维品质的提升】

问题链：

①人类是如何一步步发现空气的组成成分的？

②今天的我们怎么在实验室验证空气中氧气的含量？

③在实验室验证氧气含量的过程中会遇到哪些问题？

如何使测量更加准确？