Question

14．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）．
（1）该实验中选择使用汞的优点有BCD．
A．实验过程中没有污染
B．在汞槽中起到液封的作用
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】（2）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4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅，其反应类型为化合反应．
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】（3）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红磷的量不足，装置内氧气有剩余； …
【实验与交流】（4）在老师的指导下，小明分别用过量的红磷（着火点240℃）和白磷（着火点40℃）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．白磷的着火点比红磷的着火点低．
【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天测得的数据计算出空气中氧气的含量为19.13%．
【交流与反思】（5）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．ab（填字母）．
a．装置内残留的氧气更少
b．反应更彻底，实验结果更准确
c．铁丝生锈比红磷燃烧反应更快
【实验探究2】为了加快反应速率，小明通过查闻资料，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：

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	90.0mL	63.6mL

（6）请计算出空气中氧气含量20.2%（计算结果保留一位小数）．
【结论与反思】（7）通过上述实验探究，选择bc（填字母）进行实验，可较为
快速地完成实验并减小实验误差．
a．红磷          b．白磷        c．铁粉、炭粉、氯化钠、蒸馏水
【拓展延伸】（8）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]．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．不能、理由a（填字母）．
a．空气中CO₂含量只有约0.03%，铜不能将装置内的氧气几乎耗尽
b．铜丝反应比铁丝快
c．反应更彻底．

Answer 1

分析 【经典赏析】根据使用汞的优点进行分析解答；
【实验回顾】根据磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷解答；
【进行猜想】根据本探究实验一般要注意以下几点：①装置的气密性好；②所用药品红磷的量，必须是足量；③读数时一定要冷却到原温度；④生成物的状态一般要求是固态等．
根据白磷的着火点比红磷的着火点低解答；
【交流与反思】根据用铁丝生锈的方法测定的主要优点装置内残留的氧气更少，实验结果更准确解答；
【实验探究2】根据烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积解答；
【结论与反思】根据题中信息分析解答；
【拓展延伸】根据生成铜绿的条件解答．

解答 解：
【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在汞槽中起到液封作用；生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气；能将密闭装置内空气中的氧气集合耗尽，故选BCD；
【实验回顾】磷和氧气在点燃的条件下生成五氧化二磷，反应的化学方程式为：4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；其反应类型为：化合反应；
【进行猜想】实验中装置漏气；所取的红磷不足（或实验前没有夹弹簧夹、实验装置可能未冷却就打开弹簧夹等）；
【实验与交流】小明分别用过量的红磷和白磷进行该实验，用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%，请从燃烧条件的角度回答产生上述结果的主要原因白磷的着火点比红磷的着火点低；
【交流与反思】铁丝在水、氧气的条件下很容易生锈，与用红磷燃烧的方法相比，用铁丝生锈的方法测定的主要优点及原因：装置内残留的氧气更少，实验结果更准确；
【实验探究2】
烧杯内蒸馏水减少的体积为氧气的体积=90mL-63.6mL=26.4mL
空气中氧气含量=$\frac{26.4mL}{130mL}$≈20.2%
【结论与反思】通过上述实验探究，选择铁粉、炭粉、氯化钠和蒸馏水或白磷等物质进行实验，可较为快速地完成实验并减小实验误差．
【拓展延伸】铜也能与空气中氧气、水、二氧化碳反应而锈蚀，生成铜绿[铜绿的主要成分为Cu₂（OH）₂CO₃]，若将图3装置中的粗铁丝换成足量的铜丝进行实验，不能比较准确地测定空气中氧气的含量，因为空气中二氧化碳含量约只有0.03%，铜不能将装置中的氧气几乎耗尽．
答案：
【经典赏析】BCD．
【实验回顾】4P+5O₂$\frac{\underline{\;点燃\;}}{\;}$2P₂O₅；化合反应；
【进行猜想】红磷不足；
【实验与交流】白磷的着火点比红磷的着火点低；
【交流与反思】ab；
【实验探究2】20.2%；
【结论与反思】bc；
【拓展延伸】不能；a．

点评 本考点是用红磷测定氧气在空气中的体积分数，属于实验方法和过程的探究．这类探究实验要具体问题具体分析，根据设计的步骤中不同的现象去思考、去探究，从而回答题目给出的问题．本考点主要出现在填空题和实验题中．