人教版九年级化学上册 专题知识点复习系列：空气中氧气含量的测定（解析版）

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考向01 空气中氧气含量的测定
中考真题训练
例1．（2021·北京中考真题）用下图装置可验证空气中O2的含量。下列现象能表明O2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1处
【答案】D
【解析】
红磷燃烧集气瓶中产生大量白烟，红磷燃烧一段时间后熄灭，待冷却到室温后，烧杯中的水倒吸进入集气瓶，集气瓶中水面最终上升至1处，说明空气中氧气体积约占五分之一，能表明O2含量的是，集气瓶中水面最终上升至1处，故选：D。
例2．（2021山东东营）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
【答案】B
【解答】A、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，故选项说法正确；B、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，选项说法错误；C、将装置1中的气球更换为注射器（见装置2），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，选项说法正确；
D、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1/5，选项说法正确。故选B。
例3．（2021·辽宁中考真题）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
【答案】C
【解析】A、若做该实验时，止水夹没有夹紧，会使集气瓶内的空气受热通过导管进入空气中，因此集气瓶内的气体减少的量包括消耗的氧气及逸出的空气，会使瓶内的气体比实际氧气减少的多，因此会使水倒流超过五分之一，造成结果偏大，此选项错误；B、木炭在空气中燃烧生成二氧化碳气体，虽然能除去氧气，但却增加了新的气体，没有形成压强差，不能用来测定空气中氧气含量，此选项错误；C、待装置冷却至室温后才能打开止水夹，以防止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，造成结果偏小，此选项正确；D、点燃后的红磷必须迅速伸入集气瓶中，塞紧瓶塞，否则瓶内气体逸出，造成实验误差，此选项错误。故选C。
方法技巧点拨
1．实验用品：红磷
2．实验装置图：
3．实验原理:
（1）利用红磷燃烧消耗集气瓶内的氧气，使集气瓶内压强减小，打开弹簧夹后，在外界大气压的作用下，水被压入集气瓶中，进入集气瓶内水的体积即为消耗氧气的体积。
（2）反应的化学方程式为： 4P + 5O2 2P2O5
4．实验步骤：（以本实验为例）
（1）连接装置，并检查装置的气密性；
（2）向集气瓶中装入适量的水，然后将集气瓶剩余容积分成五等分，并做好标记；
（3）先向导管中充满水，关闭弹簧夹，然后向燃烧匙中加入足量的红磷；
（4）用酒精灯点燃红磷，将燃着的红磷迅速伸入集气瓶中，并立即塞紧橡胶塞：
（5）红磷燃烧停止后，待集气瓶冷却至室温时，打开弹簧夹；
（6）记录集气瓶中液面的变化；
（7）拆除装置，洗涤仪器，整理器材。
5．实验现象：
红磷燃烧发出黄白色火焰，放出热量，冒出白色浓烟，待冷却至室温后打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，且水的体积约占原容器中空气体积的1/5。
6．实验结论：
空气中氧气的体积约占空气总体积的1/5。
7．注意事项：
A、所用的红磷必须过量，过少则氧气没有全部消耗完
B、要等集气瓶（装置）冷却后才能打开弹簧夹，
C、装置的气密性要好，（否则测量结果偏小），
D、要先夹住橡皮管，然后再点红磷（否则测量结果偏大）。
E、点燃红磷伸入瓶中要立即塞紧瓶塞（否则测量结果偏大）。
8．进入集气瓶中的水少于1/5的原因：
①红磷不足，氧气未耗尽； ②气密性不好；
③未冷至室温就打开弹簧夹； ④没有预先在导管中装满水
9．集气瓶中先加少量水的作用：吸收生成的五氧化二磷。
思考：（1）可否换用木炭、硫磺等物质？如能，应怎样操作？
答：不能用木炭或蜡烛（燃烧产生了气体，瓶内压强差变化小），不能用铁（铁在空气中不
能燃烧）。
（2）可否用镁代替红磷？
不能用镁，因为镁不但跟氧气反应而且还跟氮气等反应，结果测得的不只是空气中氧气的
体积,会远远大于氧气的体积。
10．实际在实验中测得的结果比真实值小，其原因可能是:
A．红磷量不足； B．装置气密性差；
C．未冷却至室温就打开止水夹； D．没有预先在导管中装满水
11．实验误差分析：
操作或误差 分析 导致结果
使用红磷的量不足 氧气不能耗尽 偏小
装置漏气 空气进入装置，进入的水量偏小 偏小
集气瓶未冷却至室温打开弹簧夹 装置内气体温度偏高，压强偏大，进入水的体积偏小 偏小
红磷点燃后，伸入速度过慢 装置内有气体受热逸出，进入瓶中水的体积偏大 偏大
红磷燃烧时，弹簧夹未夹紧 红磷燃烧时，部分气体受热沿导管逸出，进入水的体积偏大 偏大
【知识拓展】
改进后的实验
优点：操作简单，减少实验误差，且减少对环境的污染。
命题热点透视：
（1）实验时，红磷必须过量，目的是：耗尽瓶内氧气；作反应容器的集气瓶内预先注入适量的水，原因是：①吸收热量，缩短实验时间；②吸收生成的五氧化二磷。
（2）该实验的现象为：红磷燃烧，发光发热，产生大量白烟，待装置冷却后，打开弹簧夹，烧杯中的水沿导管进入集气瓶，且水的体积约占原容器中空气体积的1/5。
（3）实验时，用木炭代替红磷，则打开弹簧夹后，观察到的现象是：水未进入集气瓶。原因是木炭燃烧时生成二氧化碳气体，装置中压强变化不大。用硫粉代替红磷，应如何改进装置：应将反应容器中的水换成氢氧化钠溶液。
（4）用燃烧法测定空气中氧气体积含量时，药品的选择依据是：①该药品能且只能与空气中的氧气反应； ②生成物不能为气体。
（5）由实验现象可知，氧气体积约占空气总体积的1/5，其余气体主要是氮气，可见氮气的性质：化学性质不活泼；不溶于水；不燃烧；不支持燃烧。（任意写两条即可）
（6）该实验还可以利用铁丝生锈的原理来进行，使用药品除铁丝外，还会加入活性炭和食盐水，请推测其目的是：加快铁丝的生锈。
经典试题变式训练
1．如图是“实验室测定空气中氧气含量”的实验装置图，下列有关说法错误的是（　　）
A．可用木炭代替红磷进行实验
B．做该实验前，应检查装置的气密性
C．待装置冷却至室温后才能打开止水夹
D．若红磷不足，将导致测得氧气的含量小于五分之一
【答案】A
【解析】A、不可用木炭代替红磷进行实验，因为木炭燃烧生成气体，选项错误； B、做该实验前，应检查装置的气密性，否则易导致测定结果不准确，选项正确； C、待装置冷却至室温后才能打开止水夹读数，否则易导致测定结果偏小，选项正确； D、若红磷不足，使氧气不能完全反应，将导致测得氧气的含量小于空气体积的五分之一，选项正确。故选A。
2．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．实验前需检查装置气密性
B．白磷的作用是消耗试管中的氧气
C．白磷熄火、试管冷却后再打开止水夹
D．最终量筒中液面约降至40mL刻度线处
【答案】D
【解析】A、该装置是利用白磷燃烧消耗氧气，反应后，装置内压强减小，在压强差的作用下，量筒中的水进入试管，进入水的体积就是空气中氧气的体积，故实验前需检查装置的气密性，否则，装置漏气，外界空气进入，会使实验结果偏小，不符合题意；B、白磷的作用是将试管内的氧气耗尽，使装置内压强减小，在压强差的作用下，量筒中的水进入试管，进入水的体积就是空气中氧气的体积，不符合题意；C、白磷熄灭，试管冷却后，再打开止水夹，否则，试管内的气体受热膨胀，占据了一定的空间，会使进入水的体积偏小，从而使实验结果偏小，不符合题意；D、空气中氧气的体积约占空气体积的，故进入水的体积大约是：130mL×=26mL，故最终量筒中液面约降至50mL-26mL=24mL刻度线处，符合题意。故选D。
3． 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”，实验装置见右图。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_________。
【答案】（1）；（2）0．08g；0．12g；（3）实验过程中，有空气进入装置，使得与铜反应的氧气偏多。
【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，故填写：；（2）铜在空气中受热，容易生成氧化铜，氧化铜与稀硫酸能发生反应，铜不能与稀硫酸反应，因此，由表可知，反应前固体包括铜和氧化铜，反应后固体只有铜，根据质量守恒定律可知，残留固体中氧化铜的质量为反应前后固体质量之差，故填写：0．08g；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，生成的氧化铜多，由(2)可知，丙组残留固体中氧化铜的质量多于甲、乙两组，故填写：实验过程中，有空气进入装置，使得与铜反应的氧气偏多。
基础题训练
1．（2021常州模拟）在图1所示装置中燃烧红磷来测定空气中的氧气含量,并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点处压强增大是因为少量空气进入
B． ab段压强减小的原因只有氧气被消耗
C． c点时打开了弹簧夹
D． d点集气瓶中的温度一定等于室温
【答案】C
【解析】根据红磷燃烧能够消耗空气中的氧气，氧气消耗后，容器中的气压减小，在外界大气压作用下，水进入容器，进入容器中的水的体积即为容器中空气中的氧气体积进行分析。A． a点处压强增大是因为红磷燃烧放出热量造成的，故A错误；B． ab段压强减小的原因是氧气被消耗和温度逐渐降低造成的，故B错误；C． 通过图2所示可以看出，从c到d压强快速增加是因为打开了弹簧夹，水进入了集气瓶，故C正确；D． 从d点往后，压强增大变得缓慢了，但不能说d点集气瓶中的温度一定等于室温，故D错误。故选：C。
2．很多有气体参加反应的实验,必须要对装置进行气密性检査。为测定空气中氧气的体积分数,某同学设计了如图实验,在一个耐热容器的底部放一小块足量的白磷,然后迅速将活塞下压(可迅速提高容器内空气温度)后放手,容器中的白磷开始燃烧。(提示：白磷的体积忽略不计,白磷在空气中着火点为40℃)
(1)检査装置气密性：向下压活塞，放手后活塞 ，说明装置气密性良好。
(2)白磷开始燃烧后，活塞的运动情况为 ，最后停在某一位置。
【答案】（1）能恢复至原位置 （2）活塞先向上移动，然后向下移动
【解析】（1）检查该装置的气密性的方法是向下压活塞，若松开手后，活塞仍能恢复至原位置，说明该装置的气密性是良好的；故填：能恢复至原位置。（2）白磷燃烧，产生大量的白烟，放出热量，活塞向上移动；白磷与氧气反应，空气体积减小，冷却至原来的温度时，由于氧气体积约占空气体积的五分之一，活塞最终将回到刻度4处；故填：活塞先向上移动，然后向下移动。
提升训练
1．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】(1)产生了大量的白烟;氧气被消耗,集气瓶内气体压强小于大气压
(2)装置的气密性要良好
(3)实验2；反应后,实验1集气瓶内剩余氧气的提积分是8．6%,实验2集气瓶内氧气几乎要耗尽
(4)能够和氧气反应,生成物不影响测定结果
(5)2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O
(6)用冰水冷却集气瓶，打开K。
【解析】(1)实验1中，红磷燃烧的主要现象是：产生了大量的白烟等。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：氧气被消耗，集气瓶内气体压强小于大气压。
(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装置的气密性要良好等。
(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信息可知，实验2测定方法更准确，判断依据是：反应后，实验1集气瓶内剩余氧气的提积分是8．6%，实验2集气瓶内氧气几乎要耗尽。
(4)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)由于密封装置内轻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，氢氧换钠溶液被吸入，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。
2．如图是测定空气中氧气体积分数的实验示意图。
(1)实验时，取下橡皮塞，点燃红磷迅速伸入集气瓶中并塞紧橡皮塞，待反应结束装置冷却至室温后，打开弹簧夹，能观察到的现象是 。
(2)若实验测得空气中氧气的含量偏低，可能的原因是 (填序号)．
A．使用的红磷量不足 B．装置气密性不好 C．实验中弹簧夹没有夹紧
(3)实验后集气瓶中剩余的气体主要是氮气。分析实验结束后，可推测出氮气的一些物理性质和化学性质。请各写一条：①物理性质 ；②化学性质 ．
(4)若将红磷换成蜡烛，该实验 (填“能”或“不能”)成功，原因是 ．
【答案】(1)烧杯中的水将流入集气瓶内约到刻度1处；(2)A、B；(3)难溶于水；不燃烧，不支持燃烧；(4)不能；蜡烛燃烧生成二氧化碳、水，气压差变化不大
【解析】 (1)测定空气中氧气含量的实验原理是：红磷燃烧消耗了瓶内的氧气，生成的是固体，使瓶内压强减小，在外界大气压的作用下水被压进广口瓶，广口瓶内水面上升的体积就是广口瓶内原来氧气的体积，空气中氧气约占空气体积的五分之一，所以观察到的现象应该是：烧杯中的水将流入集气瓶内约到刻度1处；故填：烧杯中的水将流入集气瓶内约到刻度1处；(2)若实验测得空气中氧气的含量偏低，可能的原因是红磷的量不足或者装置气密性不好，使氧气不能全部消耗或者进入空气，造成结果偏低，故选A． B；(3)实验后集气瓶中剩余的气体主要是氮气。分析实验结束后，可推测出氮气的一些物理性质和化学性质。①物理性质为难溶于水；②化学性质不燃烧，不支持燃烧。(4)若将红磷换成蜡烛，该实验不能成功，原因是蜡烛燃烧生成二氧化碳、水，气压差变化不大。
中考真题训练
1．（2021四川绵阳）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
【答案】B
【解析】A、硫燃烧和氧气反应生成二氧化硫，能消耗集气瓶中氧气，正确；B、火焰熄灭后为避免气体热胀冷缩导致误差，应等恢复至室温后打开止水夹，错误；C、氢氧化钠溶液能和二氧化硫反应，故进入瓶中的溶液容易吸收SO2，正确；D、氧气体积约占空气体积的五分之一；氧气被消耗生成二氧化硫气体，二氧化硫被氢氧化钠吸收导致装置中气体减少，压强减小，液体进入装置，进入液体体积就是消耗氧气体积，故最终约有溶液进入集气瓶。故选B。
2．（2021·山西晋中市·中考真题）拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分。后人仿照其实验原理测定空气中氧气含量（如图）。实验过程中，逐渐减少的气体和逐渐增多的物质是（ ）
A．O2、P2O5 B．P、P2O5
C．O2、P D．N2、P2O5
【答案】A
【解析】磷燃烧消耗了氧气生成五氧化二磷固体，装置中压强减小，水进入装置，进入装置中水的体积就是消耗氧气的体积；燃烧过程中氮气不参与反应，故实验过程中，逐渐减少的气体和逐渐增多的物质是氧气、五氧化二磷。故选A。
3．（2021·广东深圳市·中考真题）如图所示实验，下列说法错误的是
A．由甲图可知，O2占空气质量的21% B．由乙图可知，白磷燃烧需要和空气接触
C．薄铜片上的白磷燃烧，冒出白烟 D．点燃红磷后，要迅速放入集气瓶中
【答案】A
【解析】A、由甲图可知，O2占空气体积的21%，不是空气质量的21%，说法错误，符合题意；B、乙图中，水下的白磷未燃烧，铜片上的白磷燃烧了，说明磷燃烧需要和空气接触，说法正确，不符合题意；C、薄铜片上的白磷燃烧，生成白色固体P2O5固体，冒出白烟，说法正确，不符合题意；D、点燃红磷后，要迅速放入集气瓶中，说法正确，不符合题意；故选A。
4．（2020年黑龙江牡丹江中考）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
【答案】B
【解析】A、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。B、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。C、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。D、本实验不可以证明空气含有CO2和稀有气体，D错。故选B。
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