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氧气含量测定
例1 关于测定空气中氧气含量的实验，下列说法正确的是( )
A.实验前止水夹没有夹紧
B.将红磷换成木炭进行实验
C.待装置冷却至室温后，再打开止水夹
D.点燃红磷缓慢伸入集气瓶中后，再塞紧瓶塞
例2 测定空气里氧气含量的实验装置和步骤如下：（已完成装置气密性检查）
①在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份；
②用弹簧夹夹紧胶皮管；
③点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察现象；
④红磷熄灭后，立即打开弹簧夹，观察现象。
其中有错误的实验步骤是( )
A.① B.② C.③ D.④
例3 测定空气中氧气含量的实验装置如图所示：下列有关说法正确的是（ ）
A.燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭
B.选用红磷是因为反应只消耗O2，生成固态的P2O5
C.装置内水位不会发生变化
D.本实验可以证明空气含有Ｎ2、O2、CO2和稀有气体
例4 用图示装置粗略测量空气中氧气的含量，下列叙述错误的是( )
A.硫燃烧消耗集气瓶中的氧气
B.火焰熄灭后立即打开止水夹
C. 进入瓶中的溶液容易吸收SO2
D.最终约有50 mL溶液进入集气瓶
例5 化学兴趣小组设计如图所示的装置测定空气中氧气的含量，胶头滴管中的水滴入生石灰一段时间后，试管内的白磷(白磷的着火点为40℃)开始燃烧，待白磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是( )
A.试管中的细沙可防止试管炸裂
B.胶头滴管中的水和注射器中的水作用相同
C.若实验测得氧气的体积分数偏低，可能是试管中白磷的量不足
D.若注射器中的水最终减少了10mL，说明空气中氧气的体积分数约为20%
例6 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
例7 图乙装置是测定空气中氧气含量的改进装置（电热丝通电引燃红磷），与甲装置相比，改进后的优点是____________。实验结束后观察到从烧杯中进入集气瓶内的水的体积仍明显小于瓶内原空气体积的，请分析可能的原因____________（至少答出两点）。
例8 为提高测定空气中氧气含量实验的精确度，科学兴趣小组对课本实验进行了创新改进。
【实验步骤】
①取一根玻璃管，用橡皮塞将一端密封；
②将食品脱氧剂粉末迅速装入玻璃管，立即向管口注入一滴水将玻璃管密封，水滴的下端标为A。弹动玻璃管使脱氧剂粉末分布均匀且紧密，脱氧剂的上端标为O，如图甲所示；
③水平滚动玻璃管，使食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中。静置至水滴不再移动时，水滴的右端标为B，如图乙所示；
④用刻度尺测量出AO段和AB段的长度，并计算出AB与AO的比值，将数据记录在表格中；
⑤洗涤、干燥实验装置，重复上述实验。
实验次数 AO/mm AB/mm AB / AO
1 523.5 109.5 0.2092
2 525.5 110.0 0.2093
3 527.0 110.5 0.2097
【得出结论】根据表格中的实验数据，可知空气中氧气含量为________。（用百分数表示）
【思考讨论】
①实验步骤③中，将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中的目的是________。
②实验步骤②中，如果玻璃管内的脱氧剂粉末分布不够紧密，会使实验结果偏大，其原因是________。
例9 甲、乙、丙三个实验小组分别利用2g铜粉 “测定空气中氧气的含量”，实验装置如图。课外兴趣小组为研究实验中铜粉的氧化情况，又进行以下实验：
①兴趣小组将甲、乙、丙三个实验小组硬质玻璃管中的残留固体全部取出，称量后，置于烧杯中；
②在烧杯中加入足量稀硫酸使之充分反应，将剩余固体过滤、洗涤、干燥、称量；相关数据见下表：
甲组 乙组 丙组
反应前固体质量 2.016g 2.016g 2.024g
反应后固体质量 1.936g 1.936g 1.904g
（1）烧杯中发生反应的化学方程式为__________。
（2）甲、乙两组实验数据相同，残留固体中氧化铜的质量为____________，丙组残留固体中氧化铜的质量为___________。
（3）兴趣小组通过分析数据得出：甲、乙两组实验数据更接近实际空气中氧气的含量，丙组差异较大。你认为丙组在“测定空气中氧气的含量”实验中，可能存在的操作失误是_________。
例10 建构合理的思维模型，既能促进深度学习又能提高思维品质。小科建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型。
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两份混合物。
【探究一】根据沸点低的组份先汽化的性质，测定混合物中某组份的含量。
（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的__________。
【探究二】根据混合物中某组份发生化学反应，测定混合物中某组份的含量。
（2）按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是___________（填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”）。
【交流评价】
（3）已知：在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，规范操作后，测得的氧气含量将_______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【继续探究】
运用上述思维模型，小科又设计了图乙的实验装置，其“测定空气中氧气含量”的原理是_________。
例11 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___________。
答案和解析
例1 关于测定空气中氧气含量的实验，下列说法正确的是( )
A.实验前止水夹没有夹紧
B.将红磷换成木炭进行实验
C.待装置冷却至室温后，再打开止水夹
D.点燃红磷缓慢伸入集气瓶中后，再塞紧瓶塞
解析 实验前止水夹没有夹紧，会漏气，导致测量不准确，A错误；若将红磷换成炭粉，碳燃烧生成二氧化碳气体，瓶内压强不变，该实验不能获得成功，B错误；待装置冷却至室温后，再打开止水夹，否则会影响测量结果的准确性，C正确；点燃红磷后缓慢将燃烧匙插入瓶中，导致集气瓶中部分气体膨胀逸出，D错误。
答案 C
例2 测定空气里氧气含量的实验装置和步骤如下：（已完成装置气密性检查）
①在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空间分为5等份；
②用弹簧夹夹紧胶皮管；
③点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察现象；
④红磷熄灭后，立即打开弹簧夹，观察现象。
其中有错误的实验步骤是( )
A.① B.② C.③ D.④
解析 在集气瓶内加入少量水，防止热的生成物落到瓶底，使瓶底受热不均而炸裂；因为氧气体积约占空气体积五分之一的，为了观察水进入瓶中的体积，将水面上方空间分为5等份，①正确；用弹簧夹夹紧胶皮管，防止胶皮管漏气，②正确；点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，防止红磷燃烧放热使气体逸出，减少实验误差，③正确；红磷熄灭后，没有冷却至室温就打开弹簧夹，进入集气瓶中水的体积会小于五分之一，④错误。
答案 D
例3 测定空气中氧气含量的实验装置如图所示：下列有关说法正确的是（ ）
A.燃烧匙中的红磷可以换成硫或木炭
B.选用红磷是因为反应只消耗O2，生成固态的P2O5
C.装置内水位不会发生变化
D.本实验可以证明空气含有Ｎ2、O2、CO2和稀有气体
解析 燃烧匙中的红磷不可以换成硫或木炭，硫或木炭燃烧生成气体，装置中气压不变，装置中液面不会上升，无法测定氧气体积分数，A错误；选用红磷是因为磷只消耗O2不和氮气反应，生成固态的P2O5没有生成新的气体，B正确；红磷燃烧消耗氧气，没有生成新的气体，装置中气压下降，在大气压作用下，液面上升，装置内水位会发生变化，C错误；本实验不可以证明空气含有CO2和稀有气体，D错误。
答案 B
例4 用图示装置粗略测量空气中氧气的含量，下列叙述错误的是( )
A.硫燃烧消耗集气瓶中的氧气
B.火焰熄灭后立即打开止水夹
C. 进入瓶中的溶液容易吸收SO2
D.最终约有50 mL溶液进入集气瓶
解析 硫燃烧，能消耗集气瓶中的氧气，A正确；火焰熄灭后不能立即打开止水夹，因为此时剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，占据了部分水的体积，B错误；氢氧化钠溶液能吸收二氧化硫，使瓶内压强减小，进入瓶中的溶液容易吸收SO2，C正确；氧气约占空气总体积的五分之一，集气瓶的容积为250mL，则最终约有50mL溶液进入集气瓶，D正确。
答案 B
例5 化学兴趣小组设计如图所示的装置测定空气中氧气的含量，胶头滴管中的水滴入生石灰一段时间后，试管内的白磷(白磷的着火点为40℃)开始燃烧，待白磷熄灭并冷却至室温后打开弹簧夹。下列关于该实验的说法错误的是( )
A.试管中的细沙可防止试管炸裂
B.胶头滴管中的水和注射器中的水作用相同
C.若实验测得氧气的体积分数偏低，可能是试管中白磷的量不足
D.若注射器中的水最终减少了10mL，说明空气中氧气的体积分数约为20%
解析 白磷燃烧会发出热量，为防止试管炸裂，可在试管底部放少量细沙，将白磷放在细沙上，A正确。生石灰遇水会放出大量热，向烧杯中加水是为了提高烧杯内的温度，从而达到白磷的着火点；注射器中的水是用于推断消耗的氧气的体积，作用不同，B说法错误。若白磷不足就不能将试管中的氧气完全耗尽，导致实验测得氧气的体积分数偏低，C正确。若注射器中的水最终减少了10mL，这就是消耗的氧气的体积，说明空气中氧气的体积分数为=20%，D正确。
答案 B
例6 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
解析 停止加热后，待装置冷却后再读数，否则此时剩余的气体在受热状态下，处于膨胀状态，会导致测定结果偏小，A正确；在加热的条件下，铁也能与空气中的氧气反应生成铁的固体氧化物，因此该实验中的铜粉换成铁粉也能达到实验目的，B错误；将装置1中的气球更换为注射器，可使装置内的空气充分流通，使空气与铜粉接触更充分，数据更加准确，C正确；正确操作情况下，反应结束后，消耗的氧气的总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，D正确。
答案 B
例7 图乙装置是测定空气中氧气含量的改进装置（电热丝通电引燃红磷），与甲装置相比，改进后的优点是____________。实验结束后观察到从烧杯中进入集气瓶内的水的体积仍明显小于瓶内原空气体积的，请分析可能的原因____________（至少答出两点）。
解析 图乙装置通过电热丝通电来引燃红磷，与甲装置相比，改进后的优点是：装置严密，提高测量结果的准确度；操作简便；减少污染等。实验结束后观察到从烧杯中进入集气瓶内的水的体积仍明显小于瓶内原空气体积的，可能的原因是：装置的气密性差；红磷量不足；装置未冷却到室温就打开止水夹等。
答案 提高测量结果的准确度；操作简便；减少污染等（答出一点，答案合理即可） 装置的气密性差；红磷量不足；装置未冷却到室温就打开止水夹（至少答出两点，答案合理即可）
例8 为提高测定空气中氧气含量实验的精确度，科学兴趣小组对课本实验进行了创新改进。
【实验步骤】
①取一根玻璃管，用橡皮塞将一端密封；
②将食品脱氧剂粉末迅速装入玻璃管，立即向管口注入一滴水将玻璃管密封，水滴的下端标为A。弹动玻璃管使脱氧剂粉末分布均匀且紧密，脱氧剂的上端标为O，如图甲所示；
③水平滚动玻璃管，使食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中。静置至水滴不再移动时，水滴的右端标为B，如图乙所示；
④用刻度尺测量出AO段和AB段的长度，并计算出AB与AO的比值，将数据记录在表格中；
⑤洗涤、干燥实验装置，重复上述实验。
实验次数 AO/mm AB/mm AB / AO
1 523.5 109.5 0.2092
2 525.5 110.0 0.2093
3 527.0 110.5 0.2097
【得出结论】根据表格中的实验数据，可知空气中氧气含量为________。（用百分数表示）
【思考讨论】
①实验步骤③中，将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中的目的是________。
②实验步骤②中，如果玻璃管内的脱氧剂粉末分布不够紧密，会使实验结果偏大，其原因是________。
解析 【得出结论】根据上述实验结果，计算三次平均值，即空气中氧气含量=(0.2092+0.2093+0.2097)/3×100%=20.94%。【思考讨论】①将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中，增大了粉末与气体的接触面积，使脱氧剂粉末与氧气充分接触，保证反应充分进行，使实验结果更为准确。 ②如果玻璃管内的脱氧剂粉末分布不够紧密，造成粉末内部存在间隙，使得初始气体体积变小，而当吸收氧气完成后，粉末紧密分布，造成吸收气体体积增大的现象，所以导致测试结果偏大。
答案 【得出结论】20.94%
【思考讨论】①增大接触面积，使氧气被脱氧剂粉末充分吸收 ②粉末分布不够紧密，会使空气混入粉末间隙内，造成初始气体体积变小，而实验结束时，粉末紧密分布，使吸收气体的体积变大，导致最终实验结果偏大
例9 甲、乙、丙三个实验小组分别利用2g铜粉 “测定空气中氧气的含量”，实验装置如图。课外兴趣小组为研究实验中铜粉的氧化情况，又进行以下实验：
①兴趣小组将甲、乙、丙三个实验小组硬质玻璃管中的残留固体全部取出，称量后，置于烧杯中；
②在烧杯中加入足量稀硫酸使之充分反应，将剩余固体过滤、洗涤、干燥、称量；相关数据见下表：
甲组 乙组 丙组
反应前固体质量 2.016g 2.016g 2.024g
反应后固体质量 1.936g 1.936g 1.904g
（1）烧杯中发生反应的化学方程式为__________。
（2）甲、乙两组实验数据相同，残留固体中氧化铜的质量为____________，丙组残留固体中氧化铜的质量为___________。
（3）兴趣小组通过分析数据得出：甲、乙两组实验数据更接近实际空气中氧气的含量，丙组差异较大。你认为丙组在“测定空气中氧气的含量”实验中，可能存在的操作失误是_________。
解析 (1)稀硫酸可以与残留固体中的氧化铜反应，生成硫酸铜和水。(2)铜在空气中受热，生成氧化铜，氧化铜与稀硫酸能发生反应，而铜不能与稀硫酸反应，因此，由表可知，反应前的固体包括铜和氧化铜，反应后的固体只有铜。甲、乙两组实验数据相同，残留固体中氧化铜的质量=2.016g-1.936g=0.08g，丙组残留固体中氧化铜的质量=2.024g-1.904g=0.12g。(3)测定空气中氧气含量的实验过程中要不断推拉注射器的活塞目的是使装置中的氧气充分与铜粉接触，完全反应，如果实验过程中，有空气进入装置，会使与铜粉反应的氧气偏多，生成的氧化铜偏大，由(2)可知，丙组残留固体中氧化铜的质量多于甲、乙两组。
答案 （1）CuO+H2SO4=CuSO4+H2O （2）0.08g 0.12g （3）装置漏气
例10 建构合理的思维模型，既能促进深度学习又能提高思维品质。小科建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型。
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究：忽略含量很低的其它物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两份混合物。
【探究一】根据沸点低的组份先汽化的性质，测定混合物中某组份的含量。
（1）将空气转变为液态空气，液氮先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的__________。
【探究二】根据混合物中某组份发生化学反应，测定混合物中某组份的含量。
（2）按图甲装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是___________（填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”）。
【交流评价】
（3）已知：在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应。小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，规范操作后，测得的氧气含量将_______（填“偏大”、“偏小”或“不变”）。
【继续探究】
运用上述思维模型，小科又设计了图乙的实验装置，其“测定空气中氧气含量”的原理是_________。
解析 （1）将空气转变为液态空气，液氮的沸点低先汽化，从混合物中分离出来，并没有转化为新的物质，因此从模角度分析，该操作属于上述思维模型中的分离转移。(2)为了使测量结果更准确，装置内的压强差最大，因此应等集气瓶冷却至室温后才打开止水夹。(3)从题目中所给的信息，小科用足量木炭替换红磷，等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水，是通过碳与氧气反应生成二氧化碳，然后用氢氧化钠溶液吸收生成的二氧化碳，从而达到测定空气中氧气含量的目的，但木炭燃过程中随着反应的进行，氧气越来越少，在氧气不充足时，碳与氧气反应生成一氧化碳，一氧化碳不溶于水且不与碱反应，因此生成的气体不能被全部吸收，故测得的氧气含量将偏小。(4)图乙装置中，测定空气中氧气含量的原理是铜和装置中的氧气反应，生成氧化铜固体，装置内的气体冷却到室温时注射器内减少的体积即为装置内氧气的体积，氧气的体积与反应前装置内的总体积之比即为氧气的含量。
答案 （1）分离转移 （2）冷却到室温时 （3）偏小 （4）铜和装置中的氧气反应，生成氧化铜固体，装置内的气体冷却到室温时，注射器内减少的体积即为装置内氧气的体积，氧气的体积与反应前装置内的总体积之比即为氧气的含量
例11 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___________。
解析 (1)实验1中，红磷燃烧发生黄色火焰，放出热量，产生大量的白烟。红磷燃烧，氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压，待装置冷却至室温，打开K，水能倒吸入集气瓶。(2)用红磷燃烧和铁锈蚀原理来测定空气中氧气的体积分数时，都要在密闭的装置中进行，因此为提高实验的准确性，两个实验都需要注意的事项是装置的气密性要良好；为了将装置内的氧气完全耗尽，红磷和铁粉除氧剂都要过量。(3)依据图3、图4信息可知，反应后，实验1集气瓶内剩余氧气的体积分数是8.6%，实验2集气瓶内的氧气几乎被耗尽，因此实验2的测定方法更准确。(4)用图1或图2装置测定空气中氧气的体积分数，红磷或铁粉除氧剂的替代物应满足的条件是能够和氧气反应，生成物不影响测定结果。(5)二氧化碳与氢氧化钠反应生成了碳酸钠和水，化学方程式是2NaOH+CO2= Na2CO3+H2O。(6)由于密封装置内气体的压强随温度的降低而减小，为达到实验目的，操作方法是用冰水冷却集气瓶，打开K，瓶内为温度降低，压强减小，氢氧化钠溶液被吸入，吸收了二氧化碳，可以测定出集气瓶中二氧化碳的体积分数。
答案 (1)产生大量白烟(或“黄色火焰”“放热”等合理答案) 氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压 (2)装置的气密性良好(或“红磷和铁粉除氧剂足量”等其他合理答案) (3)实验 2 反应后，实验 1集气瓶中剩余氧气的体积分数为 8.6%，而实验 2集气瓶中氧气几乎耗尽 (4)能够和氧气反应、生成物不影响测定结果(或其他合理答案) (5)2NaOH+CO2= Na2CO3+H2O (6)用冰水冷却集气瓶，打开 K(或其他合理答案)

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