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空气中氧气的含量的测定
实验装置
实验原理 ①红磷燃烧消耗密闭容器中的氧气，使集气瓶内压强减小，在大气压的作用下，烧杯中的水进入集气瓶中，进入水的体积即为集气瓶中减少的氧气的体积②反应原理： 。
实验用品 大集气瓶、酒精灯、燃烧匙、烧杯、止水夹、橡胶塞、导管、红磷、蒸馏水。
实验步骤 ①按图所示连接装置，并检查装置的气密性；②在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份，并做好标记；③夹紧弹簧夹，取足量红磷于燃烧匙中；④点燃红磷，立即伸入集气瓶中，塞紧橡胶塞；⑤待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹。
实验现象 ①红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量；②待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，可以观察到烧杯中的水被吸入集气瓶，瓶内液面上升至刻度1附近。
实验结论 氧气约占空气总体积的1/5。实验装置内最终剩余气体的主要成分是氮气
注意事项 实验开始时，预先在集气瓶里放入少量水的目的是：①吸收 ，有利于 ；②吸收 ，防止 。
此实验对实验药品的要求：①能够在 中燃烧，故不可选用铁丝；②只能消耗空气中的 ，故不可选用镁带；③燃烧的产物 ，一般不用木炭、硫代替红磷。
1．实验注意事项
（1）倒吸进集气瓶的水不能充满整个集气瓶的原因：空气中的其他气体不与红磷反应且不溶于水。
（2）集气瓶内剩余气体的性质：
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水；
②化学性质：不能燃烧也不支持燃烧。
2. 实验误差分析
因素 对结果的影响
红磷的量不足，集气瓶中的氧气不能耗尽 偏小
装置漏气，红磷熄灭后装置外的空气进入集气瓶中 偏小
装置未冷却至室温就打开弹簧夹，集气瓶中的气体处于受热膨胀状态 偏小
弹簧夹未夹紧乳胶管，红磷燃烧时装置内气体受热膨胀沿导管逸出 偏大
点燃红磷后燃烧匙伸入集气瓶过慢，装置内气体受热膨胀从瓶口逸出 偏大
3. 实验改进
（1）改进原因：
①实验时在容器外点燃红磷，燃烧产物会污染环境，将燃着的红磷伸入集气瓶时，空气受热膨胀逸出，会使得测量结果偏大，因此需在密闭容器中进行。
②集气瓶的刻度读数较粗略，且会有部分水残留在导管中，使测量结果不准确。
（2）改进思路：
①点燃方式的改进：实验过程中不打开装置，使装置始终保持密闭，如图①、②所示。
②测量方式的改进：利用量筒或注射器等测量仪器，减小实验误差，使测定结果更加精确，如图③所示。
图① 图② 图③
③数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量（如温度、压强、浓度等）的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。
我们可以将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验。实验步骤如下：（1）将氧气传感器与数据采集器、计算机连接；（2）把氧气传感器插入盛有空气的容器，采集数据；（3）通过相关软件处理数据，并在计算机屏幕上显示空气中氧气的含量。
1．某化学兴趣小组对“空气中氧气含量的测定”展开学习。
（历史回顾）
(1)二百多年前，法国化学家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_______（填字母）。
A．汞俗称水银，常温下呈液态，安全无毒 B．只与空气中的氧气反应
C．反应生成的氧化汞是固态，不影响压强 D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
（实验回顾）
(2)实验室常用图2所示的方法测定空气中氧气的含量。红磷燃烧的化学式表达式为 。
(3)若实验测得空气中氧气的体积分数偏小，可能的原因是 （写一点）。
（实验改进）利用如图3所示的改进装置进行探究。
先在容积为200mL的集气瓶里装进50mL的水，再在量筒内装入100mL的水，然后按图连好仪器，接通电热棒，红磷立即被点燃。待红磷熄灭，装置冷却至室温后，打开弹簧夹。
(4)①实验结束时量筒内剩余水的体积是73mL，通过以上数据测得空气中氧气含量为 %。
②用图3装置进行探究，与图2装置比较，优点是 。
【变装置】
2．用来测定空气成分的方法很多，如左图所示是用红磷在空气中燃烧的测定方法：
(1)红磷燃烧的文字表达式 。
(2)冷却到室温时打开止水夹观察到的现象是 ，由此实验得出的结论是 。
(3)集气瓶中剩余的气体主要是氮气，此实验能得出氮气的性质是（答一点） 。
(4)小华用蜡烛代替红磷进行空气中含量测量，能否达到实验目的，请分析原因是 。
(5)此改进实验的优点是 。
(6)某兴趣小组探究“测量空气中氧气的体积分数”，用传感器测出相关数据，压强和氧气的体积分数随时间变化的曲线如图，下列说法错误的是______。
A．由图2可知图1装置气密性良好
B．由图2可知反应开始时压强增大，其原因是燃烧放热
C．由图3可知用白磷代替红磷，测定结果更准确
D．由图3可知火焰熄灭后，反应即停止
【变药品】
3．实验是科学探究的重要方法，如图是测定空气中氧气含量实验的装置图(装置的气密性良好)，请结合图示回答有关问题。
(1)硬质玻璃管内发生反应的实验现象是 ；该反应的文字表达式是 。
(2)根据下表提供的实验数据，完成下表。
硬质玻璃管中空气的体积 反应前注射器中空气体积 反应后注射器中气体体积 实验测得空气中氧气的体积分数
25mL 15mL 9mL
(3)为确保密闭容器中的氧气完全反应，采取的措施是 (答两点)。
(4)若实验完毕后没有回归室温就读取注射器中剩余气体的体积，会导致测得的空气中氧气的体积分数 (填“偏大”或“偏小”或“不影响”)。
(5)从“测定空气成分中氧气含量的实验思路”分析，进行该实验时，选择药品需要满足的条件是 (一点)。
【实验改进】
4．某化学兴趣小组利用如图所示的耐热、透明容器探究空气的组成。
(1)实验前，调整活塞到刻度5处并保持自然状态，然后用力向下压活塞，放手后活塞最终 ，说明装置气密性良好。
(2)实验时，迅速将活塞下压(可迅速提高容器内空气温度)后放手，容器底部的白磷开始燃烧。白磷燃烧反应的符号表达式为 。
(3)燃着的白磷会很快熄灭，原因可能是 。
(4)从白磷燃烧直至装置冷却到室温，活塞的运动情况为 ；如果实验成功，活塞最终将停在刻度 处(实验中白磷的体积忽略不计)。若使用的白磷过量，对实验结果 (填“有”或“没有”)影响。
【情境应用】
5．随着科技的发展，数字化实验可以客观地记录实验数据并作精准分析。
实验一：下表是利用氧气传感器测得的不同城市空气中的氧气含量。
城市 氧气含量 海拔
上海 20.95% 4米
广州 20.95% 18米
贵阳 19.23% 1071米
兰州 18.55% 1517米
西宁 17.30% 2261米
拉萨 15.09% 3658米
(1)由上表可知：氧气含量与城市海拔之间的关系是 。
实验二：利用氧气、二氧化碳、湿度传感器比较空气与人体呼出气体的成分差异。用塑料密封袋收集一袋人呼出的气体，将传感器放入密封袋后迅速封口，如图是实验过程中采集到的数据曲线图。
(2)由如图可知：与空气相比较，人体呼出气体中 的含量在降低。
(3)教室等公共场所需要经常开窗通风的原因是 。
实验三：探究小组利用气压传感器测定空气中氧气的含量。他们设计的实验装置如图1所示，气压传感器采集到的实验数据如图2。
(4)图2中，段气压减小，主要是因为 ；时气压上升，对应的操作是 。
答案和解析
实验装置
实验原理 ①红磷燃烧消耗密闭容器中的氧气，使集气瓶内压强减小，在大气压的作用下，烧杯中的水进入集气瓶中，进入水的体积即为集气瓶中减少的氧气的体积②反应原理：。
实验用品 大集气瓶、酒精灯、燃烧匙、烧杯、止水夹、橡胶塞、导管、红磷、蒸馏水。
实验步骤 ①按图所示连接装置，并检查装置的气密性；②在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份，并做好标记；③夹紧弹簧夹，取足量红磷于燃烧匙中；④点燃红磷，立即伸入集气瓶中，塞紧橡胶塞；⑤待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹。
实验现象 ①红磷燃烧，产生大量白烟，并放出热量；②待红磷熄灭并冷却至室温，打开弹簧夹，可以观察到烧杯中的水被吸入集气瓶，瓶内液面上升至刻度1附近。
实验结论 氧气约占空气总体积的1/5。实验装置内最终剩余气体的主要成分是氮气
注意事项 实验开始时，预先在集气瓶里放入少量水的目的是：①吸收热量，有利于降低温度；②吸收生成的白烟，防止污染空气。
此实验对实验药品的要求：①能够在空气中燃烧，故不可选用铁丝；②只能消耗空气中的氧气，故不可选用镁带；③燃烧的产物不能是气体，一般不用木炭、硫代替红磷。
1．实验注意事项
（1）倒吸进集气瓶的水不能充满整个集气瓶的原因：空气中的其他气体不与红磷反应且不溶于水。
（2）集气瓶内剩余气体的性质：
①物理性质：无色无味的气体，难溶于水；
②化学性质：不能燃烧也不支持燃烧。
2. 实验误差分析
因素 对结果的影响
红磷的量不足，集气瓶中的氧气不能耗尽 偏小
装置漏气，红磷熄灭后装置外的空气进入集气瓶中 偏小
装置未冷却至室温就打开弹簧夹，集气瓶中的气体处于受热膨胀状态 偏小
弹簧夹未夹紧乳胶管，红磷燃烧时装置内气体受热膨胀沿导管逸出 偏大
点燃红磷后燃烧匙伸入集气瓶过慢，装置内气体受热膨胀从瓶口逸出 偏大
3. 实验改进
（1）改进原因：
①实验时在容器外点燃红磷，燃烧产物会污染环境，将燃着的红磷伸入集气瓶时，空气受热膨胀逸出，会使得测量结果偏大，因此需在密闭容器中进行。
②集气瓶的刻度读数较粗略，且会有部分水残留在导管中，使测量结果不准确。
（2）改进思路：
①点燃方式的改进：实验过程中不打开装置，使装置始终保持密闭，如图①、②所示。
②测量方式的改进：利用量筒或注射器等测量仪器，减小实验误差，使测定结果更加精确，如图③所示。
图① 图② 图③
③数字化实验：利用传感器和信息处理终端进行实验数据的采集与分析。实验时一般将传感器、数据采集器和计算机依次相连，采集实验过程中各种物理量（如温度、压强、浓度等）的数据，通过软件对数据进行记录、呈现和分析。
我们可以将测定空气中氧气的含量设计成数字化实验。实验步骤如下：（1）将氧气传感器与数据采集器、计算机连接；（2）把氧气传感器插入盛有空气的容器，采集数据；（3）通过相关软件处理数据，并在计算机屏幕上显示空气中氧气的含量。
1．某化学兴趣小组对“空气中氧气含量的测定”展开学习。
（历史回顾）
(1)二百多年前，法国化学家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_______（填字母）。
A．汞俗称水银，常温下呈液态，安全无毒 B．只与空气中的氧气反应
C．反应生成的氧化汞是固态，不影响压强 D．生成的化合物加热分解又能得到汞和氧气
（实验回顾）
(2)实验室常用图2所示的方法测定空气中氧气的含量。红磷燃烧的化学式表达式为 。
(3)若实验测得空气中氧气的体积分数偏小，可能的原因是 （写一点）。
（实验改进）利用如图3所示的改进装置进行探究。
先在容积为200mL的集气瓶里装进50mL的水，再在量筒内装入100mL的水，然后按图连好仪器，接通电热棒，红磷立即被点燃。待红磷熄灭，装置冷却至室温后，打开弹簧夹。
(4)①实验结束时量筒内剩余水的体积是73mL，通过以上数据测得空气中氧气含量为 %。
②用图3装置进行探究，与图2装置比较，优点是 。
【答案】(1)BCD
(2)P+O2P2O5
(3)红磷的量不足（或装置气密性不好或未待装置冷却到室温就打开弹簧夹）
(4)18 实验结果更准确或更环保
【详解】（1）A、汞俗称水银，常温下呈液态，有毒，故A选项不符合题意；
B、汞只与密闭装置内空气中的氧气反应，故B选项符合题意；
C、反应生成的氧化汞是固态，不影响压强，故C选项符合题意；
D、生成的化合物氧化汞加热分解又能得到汞和氧气，故D选项符合题意。
故选BCD。
（2）红磷燃烧是指红磷和空气中氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷，该反应的符号表达式为P+O2P2O5。
（3）实验测得空气中氧气的体积分数偏小，可能是装置没冷却至室温就打开弹簧夹（温度高，气体膨胀，流入水的体积变小）、装置气密性不好（部分氧气逸散到空气中）、红磷不足（没有将氧气完全消耗）。
（4）①实验结束时量筒内剩余水的体积是73mL，则氧气的体积为100mL-73mL=27mL，则实验测得空气中氧气含量为×100%=18%。
②用图3装置进行探究，与图2装置比较，图3为全程封闭，优点是实验结果更准确、更环保。
【变装置】
2．用来测定空气成分的方法很多，如左图所示是用红磷在空气中燃烧的测定方法：
(1)红磷燃烧的文字表达式 。
(2)冷却到室温时打开止水夹观察到的现象是 ，由此实验得出的结论是 。
(3)集气瓶中剩余的气体主要是氮气，此实验能得出氮气的性质是（答一点） 。
(4)小华用蜡烛代替红磷进行空气中含量测量，能否达到实验目的，请分析原因是 。
(5)此改进实验的优点是 。
(6)某兴趣小组探究“测量空气中氧气的体积分数”，用传感器测出相关数据，压强和氧气的体积分数随时间变化的曲线如图，下列说法错误的是______。
A．由图2可知图1装置气密性良好
B．由图2可知反应开始时压强增大，其原因是燃烧放热
C．由图3可知用白磷代替红磷，测定结果更准确
D．由图3可知火焰熄灭后，反应即停止
【答案】(1)
(2)烧杯里的水被吸入玻璃管中，玻璃管中的液面上升至1刻度处 氧气约占空气总体积的五分之一
(3)氮气难溶于水或不燃烧也不支持燃烧
(4)蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳气体和水蒸气，二氧化碳气体占据了氧气的空间
(5)实验结果更准确、更环保
(6)D
【详解】（1）红磷燃烧生成五氧化二磷，反应的文字表达式；
（2）由于红磷燃烧消耗氧气，装置中的压强减少，冷却到室温时打开止水夹，可观察到的现象是：烧杯里的水被吸入玻璃管中，玻璃管中的液面上升至1刻度处；说明氧气约占空气总体积的五分之一；
（3）瓶内剩余的气体主要是氮气，水面上升至1刻度处后不再变化，由该实验可得出氮气难溶于水，红磷消耗完氧气后不再燃烧，可得出氮气不能燃烧也不支持燃烧的性质；
（4）蜡烛在空气中燃烧生成二氧化碳气体和水蒸气，二氧化碳气体占据了氧气的空间，不能测定空气中氧气的含量；
（5）改进实验后再密闭容器中进行实验，不需要在空气中引燃红磷，可使实验结果更准确，也可以避免五氧化二磷逸出造成污染，更加环保；
（6）A、由图2可知，磷燃烧放出热量，装置内的压强增大，说明该装置气密性良好，若装置漏气则装置内的压强不会改变，选项说法正确；
B、磷燃烧放出热量，所以反应开始时装置内的压强增大，选项说法正确；
C、由图3可知，白磷燃烧能消耗更多的氧气，所以用白磷代替红磷，测定结果更准确，选项说法正确；
D、由图3可知，当火焰熄灭后，装置内氧气的含量还会继续降低，即反应没有立即停止，选项说法错误；
故选D。
【变药品】
3．实验是科学探究的重要方法，如图是测定空气中氧气含量实验的装置图(装置的气密性良好)，请结合图示回答有关问题。
(1)硬质玻璃管内发生反应的实验现象是 ；该反应的文字表达式是 。
(2)根据下表提供的实验数据，完成下表。
硬质玻璃管中空气的体积 反应前注射器中空气体积 反应后注射器中气体体积 实验测得空气中氧气的体积分数
25mL 15mL 9mL
(3)为确保密闭容器中的氧气完全反应，采取的措施是 (答两点)。
(4)若实验完毕后没有回归室温就读取注射器中剩余气体的体积，会导致测得的空气中氧气的体积分数 (填“偏大”或“偏小”或“不影响”)。
(5)从“测定空气成分中氧气含量的实验思路”分析，进行该实验时，选择药品需要满足的条件是 (一点)。
【答案】(1)红色粉末慢慢变成黑色
(2)15%
(3)铜粉要足量、加热过程中要不断推拉注射器的活塞（合理即可）
(4)偏小
(5)只能与空气中的氧气反应或生成物不能是气体
【详解】（1）在加热的条件下，铜与氧气反应生成氧化铜，硬质玻璃管内发生反应的实验现象是红色粉末慢慢变成黑色；
文字表达式为：；
（2）由图示装置可知，注射器内气体减少的体积即为消耗的氧气的体积，即15mL-9mL=6mL，实验测得空气中氧气的体积分数为×100%=15%；
（3）为确保密闭容器中的氧气完全反应，采取的措施是铜粉要足量、使装置内氧气完全反应，或反复推拉注射器活塞，使氧气与铜粉充分接触，充分反应；
（4）若实验完毕后没有回归室温就读取注射器中剩余气体的体积，由于气体受热膨胀，则注射器移动的体积偏小，会导致测得的空气中氧气的体积分数偏小；
（5）该实验的原理为消耗氧气，使装置中的气体较少，则进行该实验时，选择药品需要满足的条件是只能与空气中的氧气反应，且生成物不能是气体。
【实验改进】
4．某化学兴趣小组利用如图所示的耐热、透明容器探究空气的组成。
(1)实验前，调整活塞到刻度5处并保持自然状态，然后用力向下压活塞，放手后活塞最终 ，说明装置气密性良好。
(2)实验时，迅速将活塞下压(可迅速提高容器内空气温度)后放手，容器底部的白磷开始燃烧。白磷燃烧反应的符号表达式为 。
(3)燃着的白磷会很快熄灭，原因可能是 。
(4)从白磷燃烧直至装置冷却到室温，活塞的运动情况为 ；如果实验成功，活塞最终将停在刻度 处(实验中白磷的体积忽略不计)。若使用的白磷过量，对实验结果 (填“有”或“没有”)影响。
【答案】(1)回到原处
(2)
(3)容器内氧气不足
(4)先上升，后下降 4 没有
【详解】（1）实验前，调整活塞到刻度5处并保持自然状态，然后用力向下压活塞，放手后活塞最终回到原处，说明装置气密性良好；
（2）白磷在氧气中燃烧生成五氧化二磷，符号表达式为；
（3）燃着的白磷会很快熄灭，原因可能是容器内氧气不足；
（4）白磷燃烧放热，温度升高，压强增大，所以活塞先上升，反应结束冷却至室温后，由于白磷燃烧消耗了氧气，装置内气体减少，压强减小，所以活塞又会下降，因此从白磷燃烧直至装置冷却到室温，活塞的运动情况为先上升，后下降；
氧气约占空气总体积的五分之一，因此如果实验成功，活塞最终将停在刻度处；
为了完全耗尽装置内空气中的氧气，在实验中加入的白磷必须过量，因此若使用的白磷过量，对实验结果没有影响。
【情境应用】
5．随着科技的发展，数字化实验可以客观地记录实验数据并作精准分析。
实验一：下表是利用氧气传感器测得的不同城市空气中的氧气含量。
城市 氧气含量 海拔
上海 20.95% 4米
广州 20.95% 18米
贵阳 19.23% 1071米
兰州 18.55% 1517米
西宁 17.30% 2261米
拉萨 15.09% 3658米
(1)由上表可知：氧气含量与城市海拔之间的关系是 。
实验二：利用氧气、二氧化碳、湿度传感器比较空气与人体呼出气体的成分差异。用塑料密封袋收集一袋人呼出的气体，将传感器放入密封袋后迅速封口，如图是实验过程中采集到的数据曲线图。
(2)由如图可知：与空气相比较，人体呼出气体中 的含量在降低。
(3)教室等公共场所需要经常开窗通风的原因是 。
实验三：探究小组利用气压传感器测定空气中氧气的含量。他们设计的实验装置如图1所示，气压传感器采集到的实验数据如图2。
(4)图2中，段气压减小，主要是因为 ；时气压上升，对应的操作是 。
【答案】(1)海拔越高，空气中氧气的含量越低
(2)氧气
(3)人员密集场所内的空气中二氧化碳含量较高，氧气含量较低
(4) 白磷燃烧消耗氧气 打开弹簧夹
【详解】（1）由表格中的数据可知，氧气含量与城市海拔之间的关系是海拔越高，空气中氧气的含量越低；
（2）由图可知：与空气相比较，人体呼出气体中氧气的含量在降低；
（3）教室等公共场所人员密集，空气中二氧化碳的含量升高，氧气的含量降低，因此需要经常开窗通风；
（4）图2中，t1-t2段气压减小，主要是因为白磷燃烧消耗氧气；t3时气压上升，对应的操作是打开弹簧夹。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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