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第一讲 空气和氧气
一、空气中氧气含量的测定
实验的理论依据：
①能与氧气反应，但不与空气中的其他气体反应，且反应的产物不与空气反应；
②反应前后减少的气体体积就是测量的气体体积。
实验物品选择：
易于氧气反应；反应不产生气体，或者反应产生的气体容易被吸收
实验步骤：
1.将在集气瓶中加入适量水，在将集气瓶分成五等份，将导管内灌满水；
2.连接装置、检验装置的气密性；
3.关闭止水夹，点燃红磷，迅速伸入集气瓶底部，塞紧橡皮塞；
4.等集气瓶冷却至室温后，振荡集气瓶，打开止水夹。
实验现象：
红磷剧烈燃烧，产生大量白烟；集气瓶中的水上升至集气瓶容积的1/5处。
实验结论：
空气中的氧气约占空气体积的1/5。
①CO2、SO2易被NaOH溶液吸收，因此如用NaOH溶液代替水时，可用硫粉、木炭代替红磷做该实验反应结束后充分振荡溶液；
②因镁能与空气中的氮气反应生成氮化镁，故不可用镁来做该实验。
其他实验对象
一、空气中氧气含量的测定
一、空气中氧气含量的测定
导致实验结果偏小的原因
①红磷量不足，使瓶内氧气未耗尽；
②胶塞未塞紧，使外界空气进入瓶内；
③未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内水的体积减少
④燃烧匙未伸入集气瓶底部。
——进入集气瓶中的水太少
导致实验结果偏大的原因：
①红磷放入集气瓶太慢或盖瓶塞太慢使部分空气受热膨胀排出集气瓶；
②红磷燃烧时未关闭止水夹或止水夹没有夹紧。
——进入集气瓶中的水太多或空气量太少
一、空气中氧气含量的测定
例1：某科学兴趣小组在做了教材中“测定空气里氧气含量”的实验（见图Ⅰ）后进行了大胆改进，设计图Ⅱ（选用容积为30mL的18×180mm的试管作反应容器）实验方案进行，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管，待试管冷却后松开弹簧夹，观察注射器活塞位置。请你对比分析下面图Ⅰ、图Ⅱ实验，回答下列有关问题：
（1）图Ⅰ实验的操作步骤如下：①集气瓶内气体冷却到室温，打开止水夹；②将燃着的红磷伸入集气瓶；③快速盖上瓶塞；④关闭止水夹，你认为正确的实验操作顺序是 （填序号）。
（2）图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为　 　 mL刻度处才停止。
（3）小组同学在完成图Ⅰ实验后，发现实验结果偏小，请写出可能的原因：
　 。
（1）④②③① （2）4 （3） 红磷不足或装置漏气
一、空气中氧气含量的测定
把银白色的液态汞（水银）放在如图所示的装置中，连续加热12天，发现部分汞变成红色粉末，汞槽里的水银上升钟罩空间的1/5后便不再上升
优点：
缺点：
一：拉瓦锡装置
二：钟罩装置
把红磷点燃立即伸入如图所示的装置中，塞紧橡皮塞，当温度降至室温时，水槽里的水上升至钟罩空间的1/5后，不再上升
优点：
缺点：
三：集气瓶装置
四：注射器装置
把红磷点燃立即伸入如图所示的装置中，塞紧橡皮塞，待温度降至室温时，打开止水夹，烧杯中的水进入集气瓶中，当水占据集气瓶空间的1/5后，水不再进入集气瓶
优点：红磷燃烧到熄灭氧气基本耗尽
缺点：
反应前记下两注射器中空气的体积数，加热反应后，将剩余气推入某一注射器中，记下气体的体积数，体积差正好是原空气的1/5
操作注意：来回推动充分反应
优点：红磷燃烧到熄灭氧气基本耗尽
缺点：
一、空气中氧气含量的测定
变式1：暖宝宝（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，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．实验前必须检查装置的气密性
B．通过本次实验数据测得空气中氧气的体积分数为18%
C．若测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝的使用数量不足
D．要等温度计示数恢复至实验前的温度才能记量筒内剩余水的体积
一、空气中氧气含量的测定
B
【变式3】结合教材实验，科学小组通过改进实验装置开展“测定空气中氧气含量”课外实践活动。（装置如图所示，注射器的摩擦忽略不计）
Ⅰ.按图连接装置并检查装置气密性：注射器b的活塞推至底端，注射器a的活塞从20mL处向外拉，松手。
Ⅱ.向玻璃管中加入足量白磷，点燃酒精灯，交替推拉两个注射器。
【实验记录】
请结合实验回答下列问题：
（1）Ⅰ中，观察到　 　 ，证明装置气密性良好。
（2）已知玻璃管中空气体积是30mL，则空气中氧气的体积分数为　 　 。
（3）实验中需反复推拉注射器，其目的是　
（4）与教材实验相比，改进后的实验优点有　 　 （填写一点即可）。
一、空气中氧气含量的测定
实验前 实验后（冷却至室温）
a中气体体积 20 10
b中气体体积 0 0
【答案】（1）注射器活塞回到原处；（2）20%；
（3）将针筒内的气体推出，使白磷与氧气完全反应；
（4）装置始终密封，实验结果更准确或装置始终密封，生成的五氧化二磷不泄漏，更环保。
二、空气中各成分的测定及估算
（1）空气中二氧化碳的证明:利用“二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊”的性质，
可以设计实验证明空气中含二氧化碳。
持续通入澄清石灰水，方程式
（2）空气中水蒸气的证明:利用“无水硫酸铜粉末（白色）遇水变蓝色”的性质，
可以设计实验证明空气中含水蒸气。
方程式
（3）检验氧气,把一根带火星的木条插入两集气瓶中，观察木条是否复燃
（4）空气的平均密度是28，相对分子质量为29。
（分子个数比就是气体的体积比，体积相同分子个数相同，比分子量可以比密度）
气体成分 体积比% 性质 用途
氮气 78% 化学性质稳定，在一般条件下不与其他物质反应 电焊的保护气，食品袋中的防腐气，医疗上做冷冻剂（液氮）
氧气 21% 无色无味的气体，不易溶于水，在压强为101kpa,-183℃时变为淡蓝色液体，在-218℃时变为雪花状的淡蓝色固体，化学性质活泼 供人和动物呼吸，炼钢、气焊
稀有气体（氦、氖、 氩等） 0.94% 化学性质稳定，不易与其他物质反应，故还曾被称为惰性气体，通电时会发出不同颜色的光 在工业生产上做保护气，充制霓虹灯，应用于激光技术。氦气密度小，用作填充探空气球
二氧化碳 0.03% 参与植物的光合作用 作温室气肥
其他气体杂质（包括水蒸气） 0.03% 能使空气保持一定的湿度 雨水形成，保持地球上的水循环
二、空气中各成分的测定及估算
例2：小车剧烈冲撞后，安全气囊中会瞬间产生一种空气中含量最多的气体．该气体为（　　）
A．氧气 B．氮气 C．二氧化碳 D．水蒸气
B
二、空气中各成分的测定及估算
变式：每当重大节日时，可能会用到大型遥控飞艇作为宣传工具以渲染活动气氛。为了飞艇在空中飞行安全而有效，根据下表中气体的性质，最适合填充飞艇的气体是( )
几种气体物质的密度(0℃、1标准大气压)及可燃性
A.氢气 B.氦气 C.氮气 D.氧气
气 体 氢 气 氦 气 氮 气 空 气 氧 气
性质 密 度/kg·m-3 0.09 0.18 1.25 1.29 1.43
可 燃 性 可 燃 不可燃 不可燃 不可燃 不可燃
B
变式2：物质的性质决定用途。下列有关空气各成分及其用途的说法正确的是（　 　）
A．空气中含量最多的气体是氮气，约占空气质量的78%
B．氧气具有支持燃烧的性质，可用作燃料
C．稀有气体用作航标灯利用其化学性质稳定的特性
D．氮气化学性质稳定，可用于食品包装
D
三、氧气的性质
1．氧气的物理性质
氧气的物理性质重点体现在溶解性、密度、颜色三个方面。
氧气不易溶解于水：自然水体中的氧气也叫溶解氧，是衡量水质的重要指标。
根据氧气不易溶解于水的性质，实验室可用排水法收集氧气。
密度比空气略大：因此在实验室制取氧气时可用向上排空气法收集氧气。
氧气无色无味：但在液态和固态时呈淡蓝色（蓝色）。
2．氧气的化学性质
氧气具有助燃性，能使带火星的木条复燃。
例3：下列关于氧气性质的说法错误的是（　 　）
A．氧气具有可燃性
B．氧气不易溶于水
C．氧气是一种比较活泼的气体
D．通常状况下，氧气是无色、无味的气体
A
三、氧气的性质
例5：如图为探究氧气性质的相关实验，对观察到的实验现象及有关操作描述错误的是（　 　）
A．实验Ⅰ中倒入澄清石灰水，可检验有无新物质生成
B．实验Ⅱ铁丝绕成螺旋状，可增强聚热效果
C．若选用砂纸打磨过的铁丝，铁丝也可以在空气中燃烧
D．集气瓶口盖上毛玻璃片，可防止氧气大量逸出
三、氧气的性质
【变式1】以下对氧气性质和用途的叙述中，错误的是（　 　）
A．通常情况下，氧气是一种无色无味的气体；液化时变为淡蓝色
B．氧气不易溶于水
C．氧气能燃烧，供给呼吸
D．氧气是一种化学性质比较活泼的气体
C
C
下列关于燃烧现象的描述中，正确的是（　　）
红磷在空气中燃烧产生大量白色烟雾
B. 铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
C. 硫在氧气中燃烧发出淡蓝色火焰
D. 木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳气体
三、氧气的性质
B
【变式3】鱼能在水中生存是因为氧气（　 　）
A．支持燃烧 B．无色无味 C．密度比空气大 D．能供给呼吸
D
四、氧化反应和氧化物
S + O2 SO2
点燃
Fe + O2 Fe3O4
点燃
C + O2 CO2
点燃
P + O2 P2O5
点燃
（白光）
（蓝紫色火焰）
（白烟）
（火星四射）
观察上面四个反应表达式有什么共同之处？
①都有氧气参与反应
物质跟氧发生的反应叫氧化反应。
“氧”是氧元素，包括氧气（O2)和化合物中的氧。
氧化反应中，提供氧的物质具有氧化性。
氧气具有氧化性。
四、氧化反应和氧化物
例6：科学中涉及很多放热的反应，下列不涉及氧化反应的是（　　）
A．火柴燃烧点火 B．火药爆炸烧毁房屋
C．森林里的枯枝自燃 D．太阳能热水器加热冷水
D
变式2：下列反应中属于氧化反应的是（　 ）
①镁+氧气 氧化镁 ②石蜡+氧气 水+二氧化碳
③氯酸钾 氯化钾+氧气 ④甲烷+氧气 水+二氧化碳
⑤氧化汞 汞+氧气
A．②④ B．①②④ C．③⑤ D．①③⑤
B
S + O2 SO2
点燃
Fe + O2 Fe3O4
点燃
C + O2 CO2
点燃
P + O2 P2O5
点燃
（白光）
（蓝紫色火焰）
（白烟）
（火星四射）
四、氧化反应和氧化物
CO2 P2O5 SO2 Fe3O4
上述四种物质的组成有何规律
由两种元素组成,其中一种是氧元素的化合物.
氧化物：
①KClO3 ②H2O
③H2SO4 ④Fe2O3
⑤NaCl ⑥Ca(OH)2
判断下列哪种物质是氧化物
√
√
×
×
×
×
四、氧化反应和氧化物
下列物质属于氧化物的是（　 ）
A．O2 B．CuO C．HNO3 D．KMnO4
B
【变式1】二氧化钛纳米材料由于具有良好的光学催化特性、耐化学腐蚀性和热稳定性，目前已被大力开发生产，从物质分类的角度看二氧化钛（TiO2）属于（　 　）
A．酸 B．碱 C．盐 D．氧化物
D
测空气中氧气含量创新实验
1.暖宝宝中有铁粉等物质，遇氧气温度升高。小红用压强、氧气浓度和温度三种数字传感器画出暖宝宝原料遇空气的数据变化图像，如图2，下列说法中不正确的是（　 　）
A．Ⅰ为温度变化曲线
B．Ⅲ为氧气浓度变化曲线
C．Ⅰ和Ⅱ开始增大是因为铁发生氧化反应放热
D．暖宝宝原料足量时，瓶内压强可降至0
D
2.兴趣小组的同学用如图所示的装置改进了课本上测量氧气体积分数的实验。其中A是带有盖子的圆柱形玻璃容器，B为辅助装置。a、b为电热板，通电后可以给上面的物体加热。
(1)在读取A装置的水位前，可以上下移动B装置，直到两装置液面相平，这样可以使A装置内的气压等于外界气压，减少误差，所以B装置的上端是
（　　）（填字母）；A．敞口的B．密闭的C．敞口密闭都可以
(2)由于没有红磷，小组同学用足量的镁条代替红磷，放在电热板上，加热燃烧后发现测出氧气的体积分数远远偏 ，查阅资料后得知镁点燃时既可以和氧气反应生成MgO（固体），又可以和氮气反应生成Mg3N2（固体）；
(3)小组同学找来铜粉放在加热板a上，加热板b上放镁条（a、b相互独立，加热点燃互不影响）。初始时水位在15cm处，先给a通电加热铜粉，一段时间后读出水位为13cm，再给b通电点燃镁条，一段时间后读出水位为4cm，他们测出了瓶内氧气和氮气的体积分数，其中氮气的体积分数为 ；
(4)有人提出上述操作中先点燃镁条再加热铜粉对实验结果没有影响，你怎么看 。
测空气中氧气含量创新实验
【答案】(1)A(2) 大 (3)60%(4)先点燃Mg会同时消耗氧气和氮气
3.某同学利用白磷燃烧测定空气中氧气的含量（如图所示），选用50mL的试管作反应容器和量程体积足够大且润滑效果很好的针筒注射器，将足量的白磷放入试管后，用橡皮塞塞紧试管并夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束后等到试管冷却后松开弹簧夹，观察现象。
（1）正式开始实验前，该兴趣小组同学打开弹簧夹，将注射器活塞从20mL刻度处推至17mL处，然后松开活塞观察到活塞返回至20mL刻度处，该操作的主要目的是 。
（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束等到试管冷却后再松开弹簧夹，中间的连接管内空气体积忽略不计，若实验成功，可观察到活塞前缘最终停留在 mL刻度处。
【拓展延伸】为了帮助同学们更好地理解测定氧气含量的实验原理，老师利用传感器技术定时测定了实验装置（如图1）内的压强、温度和氧气浓度，三条曲线变化趋势如图2所示。
（3）X曲线表示压强变化趋势，Y曲线表示 。
（4）结合Y、Z两条曲线，解释图2中AB段压强变化的原因是 。
测空气中氧气含量创新实验
【答案】 检查装置气密性 10 温度的变化趋势 白磷燃烧放热导致气压增大幅度大于氧气减少导致气压减小的幅度

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