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空氣中氧氣含量測定實驗的拓展1

空氣中氧氣含量測定實驗的拓展 在探究空氣中氧氣的含量測定實驗中, 要注意引導學生觀察實驗現象, 體會從實驗事實 導出結論的思維過程(如圖 1)。 實驗中可以觀察到,紅磷燃燒,產生大量的白煙,放出大 量熱;打開彈簧夾后,燒杯中的水沿導氣管進入集氣瓶中,至 約占集氣瓶內空間的 1/5。 通過實驗得知,空氣中氧氣的體積約占 1/5。 實驗時,燃燒匙里要盛入過量的紅磷,紅磷過量,足以使鐘罩中密封的氧氣反應完, 使測得氧氣的體積更接近空氣中氧氣的實際體積。這個實驗還可推論出氮氣不能支持燃燒; 集氣瓶內水面上升一定高度后,不能繼續上升,可以說明氮氣不易溶于水。 紅磷燃燒后生成固體五氧化二磷,使集氣瓶中空氣的壓強變小,小于外界大氣壓。在外 界大氣壓的作用下,燒杯中的水進入集氣瓶。 通過實驗得出的結論是氧氣約占空氣總體積的 1/5,而在這個實驗中,為什么有時氣體 減少的體積小于 1/5 呢?導致結果偏低的原因可能有:(1)紅磷的量不足;(2)瓶內氧氣 沒有耗盡;(3)裝置漏氣(如塞子未塞緊、燃燒匙與橡皮塞之間有縫隙等),使外界空氣 進入瓶內;(4)未冷卻至室溫就打開彈簧夾,使進入瓶內的水的體積減少。 該實驗中有時氣體減少的體積大于 1/5,又是為什么呢?原因可能是(1)點燃紅磷后, 插入燃燒匙時,瓶塞子塞得太慢,使得瓶中空氣受熱膨脹,部分空氣溢出。(2)實驗開始 時,沒有夾或沒夾緊止水夾。針對此實驗可以展開如下拓展。 例題 1.將足量的下列物質分別放在燃燒匙上點燃(或灼燒),分別放 入四只圖 2 所示裝置的廣口瓶中, 立即塞緊橡皮塞, 反應結束待冷卻后, 打開止水夾,導管中水柱上升最少的是放入哪種物質的裝置?( A.鐵粉 磷 B. C.木炭 D.鎂

C



解析:鐵粉、磷、鎂在空氣被點燃后,生成物通常呈固態,而木炭燃燒后,雖然消耗了 氧氣,但是生成了二氧化碳氣體,并且二氧化碳氣體不能全部溶解于水,所以導管中水柱上 升最少的是放木炭。 例題 2.某班同學用圖 3 裝置測定空氣里氧氣的含量。 先用 彈簧夾夾住乳膠管。點燃紅磷,伸入瓶中并塞上瓶塞。待紅磷 熄滅并冷卻后,打開彈簧夾,觀察廣口瓶內水面變化情況。實 驗完畢,甲同學的廣口瓶內水面上升明顯小于瓶內空氣體積的

1/5,乙同學的廣口瓶內水面上升明顯大于瓶內空氣體積的 1/5。下列對這兩種現象解釋合 理的是(

D

)

①甲同學可能使用紅磷的量不足,瓶內氧氣沒有消耗完 ②甲同學可能未塞緊瓶塞,紅磷熄滅冷卻時外界空氣進入瓶內 ③乙同學可能沒夾緊彈簧夾,紅磷燃燒時瓶內部分空氣受熱從導管逸出 ④乙同學可能插入燃燒匙太慢,塞緊瓶塞之前,瓶內部分空氣受熱逸出 A.只有①③ C.只有①②③ B.只有②④ D.只有①②③④

解析:根據本文開始所述內容可知,對兩種現象解釋合理的是①②③④。 例題 3.某;瘜W興趣小組就空氣中氧氣的含量進行實驗探究: [集體討論]: (1)討論后同學們認為,選擇的藥品既要能消耗氧氣,又不會跟空氣中的其它成分反 應,而且生成物為固體。他們應該選擇(B A.蠟燭 磷 ) B.紅 C.硫粉 為了充分消耗容器中的氧氣,藥品的用量應保證 充足 。

(2)小組同學共同設計了如圖 4 的兩套裝置, 你認為合理的是(填編 號)

A

。

為了確保實驗的成功,在裝藥品之前應該 先檢查裝置的氣密性 [分組實驗] 在討論的基礎上,他們分組進行了實驗。

。

[數據分析] 實驗結束后,整理數據如下:(注:集氣瓶容積為 100 mL)
組 別 1 20 1 2 2 3 19 4 20 2 5 2 8 6 1 進入集氣瓶中水的體積 (mL)

(3)通過對實驗結果的交流,大多數同學都驗證出氧氣約占空氣體積的

1/5

。

通過實驗還可以推斷集氣瓶中剩余氣體的性質是 剩余氣體不能燃燒,不易溶于水 。 [實驗拓展] (4)小組的同學做完實驗后又嘗試用木炭重新做了以上實驗,發現水幾乎沒有進入集 氣瓶。 經討論, 同學們一致認為如果事先在集氣瓶內注入少量 氫氧化鈉或澄清的石灰水 溶 液來吸收氣體,實驗也能取得較好的效果。 (5)某同學對實驗進行反思后,提出了改進方法 (圖 5 所示 ),你認為改進后的優點是: 不需要加熱,節約能源,裝置密封誤差小 解析:應該選擇紅磷,為了充分消耗容器中的氧氣,紅磷的用量應保證充足。兩套裝置 中,比較合理的是 A 裝置。為了確保實驗的成功,在裝藥品之前應該先檢查裝置的氣密性。 通過對實驗結果的交流,能驗證出氧氣約占空氣體積的 1/5。通過實驗還可以推斷集氣瓶中 剩余氣體不能支持燃燒,不易溶于水。用木炭重新做以上實驗,如果事先在集氣瓶內注入少 量氫氧化鈉溶液或澄清石灰水來吸收氣體,實驗也能取得較好的效果。改進后的優點是,不 需要加熱,節約能源,裝置密封,誤差小。 根據學生的實際水平,還可以設計一些其他的相關實驗來進行探究活動 例題 4.右圖 6 所示裝置也可用來測定空氣中氧氣的含量。 該實驗認識正確的是 ( A.選用紅磷是因為反應可以耗盡 O2,生成固態的 P2O5 B.燃燒匙中的紅磷可以換成硫或木炭 C.燃燒匙中的紅磷越多,水位上升越高

A



D.本實驗可以證明空氣含有N2、O2、CO2 和稀有氣體 解析 :若將紅磷換成硫或木炭,由于生成的是二氧化硫或二氧化碳氣體,會導致 密閉容器中氣體壓強變化不明顯,影響實驗結論。紅磷的量要過量,以耗盡氧氣,但水位的 上升高度并不與紅磷的量有關, 而與空氣中氧氣的含量有關。 該實驗只能測定空氣中氧氣的 體積含量, 同時說明空氣中主要含氮氣和氧氣, 但并不能證明空氣中含有二氧化碳和稀有氣 體。 例題 5.為測定空氣中氧氣所占的體積分數,某同學設計了圖 7 所示的實驗,在一個耐熱活塞的底部放一小塊(足量)白磷(白 磷在空氣中燃燒的溫度為 40 ℃),然后迅速將活塞下壓,可以觀 察到的現象為 白磷燃燒,產生大量白煙 ;冷卻至原來溫度時, 松開手, 活塞最終將回到刻度 4 處, 試回答白磷燃燒的原因 迅 速將活塞下壓,使空氣內能增大,溫度達到 40 ℃ 。 解析:迅速將活塞下壓,可以觀察到,白磷燃燒,產生大量白煙;冷卻至原來溫度時,松 開手,活塞最終將回到刻度 4 處;迅速將活塞下壓,使空氣內能增大,溫度達到 40 ℃。 例題 6.研究性學習小組的同學為探究空氣中氧氣的體積分數, 設計 了圖 8 所示裝置。 請根據圖示實驗回答下列問題: (1)閉合電源開關,可以觀察到白磷_燃燒,產生大量白煙_。 (2)裝置冷卻到室溫,可觀察到 U 型管內左側液面_上升,且上升 到 1 刻度處_。 (3)通過這個實驗得出的結論是_空氣中氧氣的體積約占 1/5_。 (4)此實驗還可推知反應后剩余氣體的兩點性質是:_難溶于水_;_不能燃燒,也不支 持燃燒_。 解析 :閉合電源開關,電阻絲發熱,溫度達到 40℃時白磷燃燒,產生大量白煙。裝置 冷卻后,由于左側中氧氣被消耗,氣體壓強減小,水會在左側中上升,且上升到 1 刻度處。 該實驗的目的就是探究空氣中氧氣的體積分數, 故實驗結論應該與之有關。 反應后剩余氣體 的性質可從實驗過程中推知,如該氣體與水接觸但未被吸收,說明其難溶于水;該氣體與火 焰接觸但未燃燒,說明其不能燃燒,也不能支持燃燒。 例題 7.某同學用右圖所示的裝置粗略地測定空氣中氧氣的體 積分數,圖中燒杯上方玻璃管(預先固定好)中部有一可左右滑動 的活塞,活塞左端管內密封有空氣,活塞右端的玻璃管口跟空氣 連通,實驗開始前活塞處在刻度 5 cm 處。已知生石灰與水反應能

產生大量的熱; 可燃物燃燒必須同時具備二個條件, 一是有一定的溫度; 二是有充足的氧氣。 ⑴向燒杯內加入適量水, 與生石灰反應的目的是 與石灰水反應產生熱量, 加熱玻璃管 內的白磷 。 ⑵可觀察到玻璃管內開始發生的現象: 白磷(足量) 燃燒, 發出白眼, 后又逐漸熄滅 , 活塞向 右 (填“左”或“右”)移動。 ⑶實驗結束,恢復到常溫后,活塞應停在約 4 cm 處,據此可得出的結論是: 白磷燃燒消耗玻璃管內的氧氣,氧氣在空氣中約占空氣體積的 1/5 。

解析:向燒杯內加入適量水,與生石灰反應產生熱量,可以加熱玻璃管內的白磷。白磷 燃燒,發出白煙,后又逐漸熄滅;钊蛴乙苿,應停在約 4cm 處?傻贸龅慕Y論是: 白磷燃燒消耗玻璃管內的氧氣,氧氣在空氣中約占空氣體積的 1/5 。 例題 8. 為粗略測量空氣中 O2 與 N2 的體積比, 某學生設計了下圖所示的實驗裝置進行實 驗。實驗時,先關閉彈簧夾 a,將螺旋狀的銅絲在酒精燈的灼燒后迅速插入大試管,接觸試 管底部的過量的白磷,然后立即塞緊橡皮塞。由于白磷的著火點比紅磷低得多,因此反應很 容易發生,可觀察到大試管中產生大量的白煙。試回答以下問 題:

(1)試配平下列化學方程式: 圖 10 4 P + 5 O2 —— 2 P2O5

(2)待試管冷卻后打開彈簧夾,此時可觀察到的現象為 燒杯中的水通過導管進入大 試管中,約占試管容積的 1/5 , 據此可證實空氣中 O2 與 N2 的體積比大約為 1:4 。 (3) 如果裝置氣密性不好, 則測出的 O2 與 N2 的體積比將 偏小 。 (填“偏大”、 “偏 小”、或“不變”)。

解析:紅磷在空氣中燃燒的化學方程式為,4P+5O2===2P2O5 。 待試管冷卻后打開彈簧 夾,此時可觀察到的現象為,燒杯中的水通過導管進入大試管中,約占試管容積的 1/5 ;據 此可證實空氣中 O2 與 N2 的體積比大約為 1:4 ; 如果裝置氣密性不好,則測出的 O2 與 N2 的 體積比將偏小。


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