2.1.1-空气中氧气含量的测定（含培优竞赛试题）（原卷版）

2.1.1空气中氧气含量的测定学习目标重难点1.了解拉瓦锡测定空气成分的实验2.掌握燃磷法测定氧气含量的装置、原理3.熟记实验现象4.学会分析误差的方法5.识记几个化学反应的文字表达式重点：1.燃磷法测定氧气含量的装置、原理；2.掌握造成误差的原因难点：1.造成误差的原因；2.文字表达式的使用。知识01拉瓦锡测定空气成分的实验1.实验方法和原理在曲颈甑（盛空气）里加热汞（如图）。拉瓦锡研究空气成分所用的装置原理：汞+氧气eq\o\ac(\s\up5(加热),\s\do0(→))氧化汞（消耗氧气）氧化汞eq\o\ac(\s\up5(加热),\s\do0(→))汞+氧气（生成气体）2.实验现象及分析银白色的液态汞变成红色粉末（氧化汞）。生成气体的体积和所消耗气体的体积（约为总体积的1/5）恰好相等，且将生成的气体加入到前一容器中剩余的气体（不能维持生命的氮气）里，所得气体跟空气的性质完全一致。3.实验结论空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。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．在汞槽中起到液封作用C．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气D．能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽【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），写出红磷燃烧的化学方程式。兴趣小组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不能准确地测定空气中氧气的含量？【进行猜想】（1）装置漏气；（2）装置内氧气有剩余；……【实验与交流】在老师的指导下，小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测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回答产生上述结果的主要原因。【实验探究1】小明根据铁生锈的原理，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及原因：。【实验探究2】为了加快反应速率，小明通过查阅资料，利用铁粉、炭粉、氧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表：实验前的体积实验后的体积集气瓶内空气烧杯内蒸馏水烧杯内剩余蒸馏水131mL请计算出空气中氧气含量（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[铜绿的主要成分为Cu2(OH)2CO3]，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：。知识02燃磷法测定空气中氧气含量1.实验实验原理红磷+氧气eq\o\ac(\s\up5(点燃),\s\do0(———→))五氧化二磷红磷在空气中燃烧，消耗了瓶中的氧气，生成五氧化二磷白色固体，使瓶内压强减小，在大气压作用下，烧杯中的水进入集气瓶，进入瓶中水的体积即为氧气减少的体积实验装置实验步骤a.在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份；b.用弹簧夹夹紧橡皮管；c.在燃烧匙内放入过量的红磷；d.点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧；e.待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹实验现象①红磷燃烧产生大量白烟；②冷却至室温后打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，最终水面上升约1/5实验结论氧气体积约占空气体积的1/5造成误差的原因A、偏低：B、偏高：2.注意事项a.测定时所用可燃物的选择：一是该物质在空气中燃烧且；二是该物质燃烧的，不能是气体；b.不能使用木炭、硫、铁丝替代红磷的原因：木炭、硫在空气中燃烧后的，。1.用木炭和硫磺替代红磷或白磷在特定的条件下可以测定空气中氧气的含量条件：将水替换为NaOH溶液原理：CO2+2NaOH＝Na2CO3+H2OSO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O2.不可用镁条代替红磷测定空气中氧气含量在点燃条件下，镁不仅与空气中氧气反应(2Mg+O2eq\o\ac(\s\up7(点燃),\o(===,====))2MgO),还能与空气中氮气反应(3Mg+N2eq\o\ac(\s\up7(点燃),\o(===,====))Mg3N2)，甚至与空气中的二氧化碳反应(2Mg+CO2eq\o\ac(\s\up7(点燃),\o(===,====))2MgO+C)3.其他测量方法A：点燃方式的改变B：反应原理的改变：2Cu+O2eq\o\ac(\s\up6(△),\o(==,===))2CuO1.拉瓦锡测定空气中氧气含量实验中选择使用汞的优点有哪些？A．汞在加热的条件下，只和氧气反应B．在汞槽中起到液封的作用C．汞的沸点较低，汞蒸气与氧气反应比较充分，能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽D．氧化汞的密度小于汞，且不溶于汞，因此易与汞分离。2.燃磷法测定空气中氧气含量实验中水的作用有哪些？A、集气瓶中水的作用①吸收五氧化二磷，防止污染空气②吸收热量，缓冲气压，防止集气瓶内压强过大，橡皮塞弹出。B、烧杯中水的作用测量氧气的体积：倒吸到集气瓶中水的体积约是消耗的氧气的体积3.燃磷法测定空气中氧气含量实验成功的关键是什么？（1）红磷要。（2）装置必须。（3）导管内先注满水。（4）后，打开弹簧夹。（2023年北京顺义·统考一模）用如图装置可测定空气中氧气的含量。下列对该实验的认识不正确的是A．红磷的量对实验结果无影响 B．冷却到室温才能打开弹簧夹C．该实验所用的红磷不可用木炭替代 D．最终观察到集气瓶中液面最终上升至1处题型一拉瓦锡测定空气成分的实验例1.空气中氧气含量测定的经典赏析。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）。资料卡片：（1）写出汞与氧气反应的化学方程式。（2）本实验中选择使用汞的优点有：①汞在加热的条件下，只和氧气反应。②汞为液态，在汞槽中起到液封的作用，并能直接用来测量反应器内空间体积的变化。③生成的氧化汞分解又能得到汞和氧气，把得到的氧气加到剩下的eq\f(4,5)体积的气体中，结果所得气体跟空气的性质完全一样。根据资料卡片，请再补充本实验使用汞的两个优点，并说明依据。④。⑤。（3）通过实验，拉瓦锡得出了空气由氧气和氮气组成，其中氧气约占总体积eq\f(1,5)的结论。请根据现在的认识，对此结论予以补充。。变式1.化学革命是发生在十八世纪末英国和法国的一场深刻的化学学科的变革。英国物理学家、化学家波义耳和法国化学家拉瓦锡曾做过貌似相同的两个实验（见下图）关于这两个实验的说法正确的是（

）A.

两个实验都可用于测定空气中氧气的含量B.

两个实验中，曲颈甑内汞的表面都变为黑色C.

两个实验中，汞的量多少对实验结果无影响D.

拉瓦锡的实验中，玻璃钟罩内液面逐渐上升，达到一定高度后不再变化题型二燃磷法测定空气中氧气含量例1.（2023年北京延庆·统考一模）用下图装置可验证空气中氧气的含量。下列现象能表明氧气含量的是A．集气瓶中产生大量白烟 B．红磷燃烧一段时间后熄灭C．烧杯中的水倒吸进入集气瓶 D．集气瓶中水面最终上升至2处变式1.小亮同学设计了如图所示的装置测定空气中氧气的含量。下列关于该实验的说法错误的是A．该实验利用了铜丝的导热性B．红磷燃烧结束后，待装置恢复至室温时再读数C．实验成功的标志为左侧玻璃管内液面约上升到刻度1处D．实验成功的标志为左侧玻璃管内液面约上升到刻度4处例2.（2023年湖南省衡阳市中考）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。某兴趣小组利用氧气传感器来检测足量红磷燃烧过程中氧气的含量，如图所示，下列判断正确的是A．a点时容器内氮气体积分数为85%B．容器内物质总质量：b点>c点C．氧气有剩余，说明物质燃烧时氧气必须达到一定浓度D．此实验测得空气中氧气的质量分数为18%变式2.（2023年内蒙古赤峰三模）用如图装置测定空气中氧气含量，有关说法错误的是A．取用的红磷必须足量B．引燃红磷后，左管内液面先下降后上升，冷却后升至刻度1C．该装置环保，所得结果更准确D．该装置还能测得稀有气体的体积分数基础巩固1．（2023年云南·统考中考真题）仿照法国化学家拉瓦锡定量研究空气成分的原理，利用如图装置测定空气中氧气的含量，燃烧匙中应盛放的药品是A．铁丝 B．木炭 C．红磷 D．硫粉2．（2023年北京二模）利用如图装置验证了空气中氧气的含量。下列叙述不正确的是A．红磷需足量 B．可以用硫粉替代红磷C．瓶中液面最终上升至1处 D．用激光笔点燃红磷可防止烟尘污染3．（2023年山东青岛·统考二模）测定空气中氧气的含量，某化学兴趣小组的同学将过量的白磷放入容积为40mL的试管中，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与容积为60mL，且润滑性良好的注射器组成如图所示的实验装置进行实验。则下列说法正确的是A．实验过程中观察到白磷燃烧产生大量白雾B．必须等实验结束装置冷却到室温之后再读数C．若实验前先夹紧弹簧夹，实验结束后再松开弹簧夹，发现活塞前沿向左移动到8mL处D．若不使用弹簧夹，整个实验过程中活塞前沿先向右移动再向左移动直至停在8mL处4．（2023年广西防城港·统考模拟预测）某兴趣小组对“测定空气里氧气含量”的实验装置（图甲）进行改进。如图乙所示，在容积为55mL的试管中加入少量细沙，再加入过量白磷，将注射器的活塞置于20mL刻度处，连接好装置，夹紧弹簧夹，滴加适量水。冷却后打开弹簧夹，读数（装置气密性良好），下列说法中错误的是A．利用图乙完成上述实验时，注射器的活塞最终移动到约9mL刻度处B．图甲实验若红磷燃烧时弹簧夹未夹紧，则测得空气里氧气的体积分数大于eq\f(1,5)C．图乙实验若未使用弹簧夹，可观察到注射器的活塞先向右移动，后向左移动D．图乙实验若未使用弹簧夹，实验前将活塞置于14mL刻度处，也可达到实验目的5．（2023年山西吕梁·统考模拟预测）拉瓦锡通过实验研究了空气的成分。同学们在实验室仿照拉瓦锡的实验原理，用如图所示实验测定了空气中氧气的含量。对此实验的下列说法正确的是A．该实验不需要在密闭容器中进行B．红磷可用木炭等可燃性固体代替C．实验中观察到产生了大量的白烟D．点燃红磷伸入集气瓶中后立即打开弹簧夹6．（2023年湖北咸宁·中考真题）教材中的两个实验如图所示。下列有关分析正确的是（）A．图1集气瓶中的水和图2烧杯中的水的作用相同B．其他条件不变时，图1和图2中的红磷都可以用木炭替代C．图1实验中装置气密性不好会导致最终测量结果偏大D．图2实验中铜片上的白磷和热水中的白磷实验现象的对比说明可燃物燃烧需要氧气7．（2022·四川乐山·统考中考真题）为测定空气中氧气的含量，某同学将教材实验进行改进，改进后的实验装置如图所示，(部分夹持装置已忽略)，实验时引燃红磷后便熄灭酒精灯。下列有关改进实验的说法不正确的是A．红磷燃烧的化学方程式可以表示为：eq\o\ac(\s\up7(点燃),\o(===,====))B．待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，注射器活塞向右移动C．实验结束后试管内气体的主要成分为氮气D．改进后的装置能减少测量误差，且对环境更友好8．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250mL）中的水的体积为45mL（铁粉生锈消耗的水忽略不计）。下列说法错误的是（）A．如果装置漏气，会使测量结果偏小 B．本实验数据测得空气中氧气的体积分数为19.6% C．若装置气密性良好，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．不必等温度计的读数恢复至实验前的温度后就能记录量筒内剩余水的体积9．如图是测定空气中氧气含量的实验。对该实验的认识不正确的是A．要等到装置冷却至室温后再读数，否则测定结果偏小 B．该实验中的铜粉换成铁粉无法达到实验目的 C．将装置1中的气球更换为注射器（见装置2），可使空气与铜粉接触更充分，数据更加准确 D．正确操作情况下，反应消耗氧气的体积应该是反应前注射器内气体和玻璃管内气体体积总和的eq\f(1,5)10.在下图1所示密闭装置内燃烧红磷测定空气中氧气含量，用传感器记录集气瓶中压强随时间变化的情况，得图2所示数据。下列说法正确的是A.

a点处压强增大主要是因为少量空气进入

B.

a→b段压强减小的原因只能是氧气被消耗

C.

c点时打开了弹簧夹，导致气压增大

D.

d点集气瓶中的温度一定等于室温二、填空题11．（2022·浙江温州·统考中考真题）小明认为教室内空气中氧气含量比室外低，于是想用红磷测定教室内空气中氧气的体积分数。老师告诉他，足量的红磷燃烧并不能耗尽空气中的氧气，建议用一氧化氮气体代替红磷进行实验。在老师的指导下，小明进行如图所示实验：用注射器获取V1毫升教室内的空气，通过导管缓缓地全部推入量筒，与量筒内足量的V2毫升一氧化氮气体混合，待充分反应后，读出量筒中剩余气体体积为V3毫升。说明：①V1、V2、V3都是在与教室气温、气压相同的状态下测得。②一氧化氮难溶于水，也不与水反应。③同温同压下，在氢氧化钠溶液参与下，4体积一氧化氮与3体积氧气恰好完全反应，且产物能完全被溶液吸收。(1)小明用气密性良好的注射器，获取V1毫升教室内空气的具体操作是_____。(2)实验测得教室内空气中氧气的体积分数为_____。（用V1、V2、V3表示）(3)小明提出，注射器内空气中的二氧化碳也会被氢氧化钠溶液吸收，从而影响实验结果。但老师指出，相比空气中的氧气含量，二氧化碳对实验结果的影响属于“次要因素”，不是“主要因素”，可忽略不计。还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要因素”，请再举一例并指明次要因素。_____12．（2022·内蒙古呼和浩特·统考中考真题）全世界每年因锈蚀造成浪费的金属高达产量的20%以上，但铁锈蚀原理却在日常生活中被广泛应用，例如暖宝宝、食品脱氧剂等。小组同学对暖宝宝发热产生兴趣，展开探究。【资料卡片】某品牌暖宝宝的使用说明如图。（1）暖宝宝使用时能量的转化形式为_______。（2）暖宝宝“不使用时请勿拆开密封包装”的原因是_______。【猜想与假设】暖宝宝成分中氯化钠、活性炭可能加快铁锈蚀速率，使反应在短时间内放出大量的热。【实验方案】小组同学通过反应过程中温度的变化，探究氯化钠、活性炭及两者共同存在对铁锈蚀速率的影响，设计完成如下4组实验。（实验在密闭容器中进行）实验编号铁粉/g水/mL活性炭/g氯化钠/g测得10min内温度上升值/℃12500225m3250425【解释与结论】（3）对比实验1和2，可探究氯化钠对铁锈蚀速率的影响，表中m=_____。（4）为探究活性炭对铁锈蚀速率的影响，应选择的实验组合是______（填实验编号）。（5）综合以上4组实验得出结论：________。【拓展与应用】小组同学运用该原理设计如下对比实验测定空气中氧气的含量。反应结束后，测得的数据如下表：装置集气瓶内空气体积／mL实验前烧杯内水的体积／mL实验后烧杯内水的体积／mL空气中氧气的体积百分含量AnB17.0%（6）n=_____％（计算结果精确到0.1%）。（7）结合反应原理和结果思考装置A的优点：_______（写两点）。【表述与交流】人类智慧无穷，趋利避害，化学让我们的生活变得更美好。13．（2022·江苏南通·统考中考真题）某化学兴趣小组对课本“测定空气中氧气的含量”实验完毕后集气瓶中是否还含有氧气产生质疑，于是同学们设计了如图1装置来探究磷在空气中燃烧后氧气浓度的变化情况。【提出问题】足量红磷在密闭的四颈平底瓶内燃烧熄灭后，容器中是否有氧气剩余？【作出猜想】猜想①：有氧气剩余；猜想②：无氧气剩余。【实验验证】该小组同学按图1组装好实验装置，利用高能激光笔照射燃烧匙上的红磷，红磷燃烧直至熄灭；待装置完全冷却后，将装有白磷的燃烧匙提出水面，再次用高能激光笔照射，白磷居然也被点燃。（1）激光笔的作用是_______。（2）红磷燃烧产物与瓶底的热水发生化合反应生成磷酸(化学式为H3PO4)，其反应的化学方程式为_______。【实验结论】（3）根据上述实验现象，得出的结论是：猜想_______正确。（4）课本上用红磷燃烧的方法_______(填“能”或“不能”)精确地测定空气中氧气的含量，理由是_______。【拓展延伸】图2是该小组同学从开始实验到最后装置冷却后的整个实验过程中，用传感器测量容器内氧气浓度变化的曲线图。（5）在图2中_______(填“A、B、C、D、E”)点时红磷燃烧熄灭；白磷开始燃烧至燃烧结束对应的曲线为_______段(用图2中字母表示))。【反思与评价】（6）兴趣小组分析对比曲线BC段和DE段，得出了“不同物质燃烧，需要的氧气浓度不一样”的结论。同学们由此联想到课本上的一个实验：_______(填物质名称)在空气中不能点燃，但在氧气中能点燃并剧烈燃烧。14．（2022·贵州毕节·统考中考真题）一种“贴身暖宝宝”的使用说明书如右，某化学兴趣小组围绕袋内物质展开探究。品名：XX牌贴身暖宝宝成分：袋内物质：铁粉、水、活性炭、食盐等内袋材料：微孔透气无纺布外袋材料：不透气塑料用法：临使用前，打开外袋取出内袋，直接贴在衣服上，打开外袋后保持温暖12小时【提出问题】袋内是否含有铁粉？【进行实验】①取出袋内粉末于滤纸上，与磁铁充分接触。②将少量磁铁吸出的粉末加入足量稀硫酸中。【收集证据】磁铁吸出的粉末与稀硫酸剧烈反应得到浅绿色溶液、同时_____。【得出结论】袋内含有铁粉。【做出猜想】被磁铁吸出的铁粉能在空气中燃烧。【获取事实】将少许铁粉撒在酒精灯火焰上，铁粉立即剧烈燃烧、火星四射。【反思交流】铁粉燃烧反应的化学方程式为_____。铁丝不能而铁粉能在空气中燃烧的原因是_____。【拓展探究】用不同燃料测定空气里氧气的含量：分别在图甲所示装置的燃烧匙内放置铁粉、红磷（均足量），电加热引燃。氧气含量随时间变化情况如图乙、图丙：（1）温度传感器显示，实验过程中瓶内温度均_____（填“升高”或“降低”）。（2）待铁粉熄灭并恢复至室温后，打开弹簧夹，进入瓶内的水约占原水面上方空间体积的_____。（3）分析图乙、图丙可知，实验中消耗氧气更彻底的是_____（填“铁粉”或“红磷”，下同），消耗氧气速率更快的是_____。培优竞赛1.某兴趣小组要一瓶（100mL）含氧气的体积分数约为80%的气体，收集气体的装置如图。方法是：在100mL集气瓶里装满水，塞紧胶塞并关闭止水夹b，打开止水夹a通入氧气，把瓶里的一部分水排入量筒，当量筒内的水达到设定的体积后立即关闭止水夹a，然后打开止水夹b通入空气，把瓶里剩下的水全部排入量筒，通入氧气的体积和空气的体积大约是（）A．60mL和40mL B．75mL和25mL C．80mL和20mL D．68mL和32mL2.（2022年福建省龙岩市永定区科学素养竞赛）在空气中使用蜡烛火焰灼烧铁丝，铁丝发生红热现象；停止灼烧待铁丝冷却，用滤纸擦拭铁丝，发现有黑色物质附在滤纸表面。仅根据以上实验现象能够得出的结论是A.铁丝不是可燃物B.在空气中使用蜡烛火焰无法点燃铁丝C.空气中的氧气不能与铁发生反应D.铁丝能与氧气反应，生成黑色物质3．（2022年江西赣州市会昌县研学监测）对物质燃烧实验容器中的水，其主要作用解释完全正确的是硫在氧气中燃烧测定空气中氧气含量铁丝在氧气中燃烧探究燃