人教版九年级化学上册实验专练（3）测定空气中氧气的含量（含解析）

（3）测定空气中氧气的含量
课本实验再现
（1）实验用品
①仪器：集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、导气管、乳胶管、弹簧夹、烧杯、酒精灯及火柴。
②药品：红磷、水。
（2）实验原理
利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，水进入容器，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。
（3）实验步骤
①连接装置并检查装置的气密性；
②在集气瓶内装入少量的水，并将水面上方空间分成五等份，并做上记号；
③用弹簧夹夹紧胶皮管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中，并把塞子塞紧，观察红磷燃烧现象；
④待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹，观察实验现象。
（4）实验现象
①红磷燃烧，发出黄色火焰，产生大量白烟，放出热量；
②冷却后，打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶 内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。
（5）实验结论
空气中氧气约占空气总体积的1/5。
（6）注意事项
①红磷要过量；
②装置必须密封；
③冷却至室温后打开弹簧夹；
④插入燃烧匙的速度要快；
⑤弹簧夹要夹紧；
⑥塞塞子要迅速；
⑦集气瓶内加入少量水 ；
⑧实验所用药品一般为红磷，不能用硫、木炭、铁丝等物质代替。
【注意】哪些因素会导致结果偏小？哪些又会导致结果偏大呢？
偏小：红磷量不足、装置气密性不好、未待冷却就打开弹簧夹、点燃红磷
后伸入集气瓶内过慢。
偏大：弹簧夹未夹紧、塞塞子动作太慢。
拓展训练
1.如图是用红磷燃烧法测定空气里氧气含量的装置图，有关此实验的结论与分析错误的是( )
A.此实验证明，氧气约占空气体积的1/5
B.此实验证明，反应后组气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧
C.该实验中的红磷还可以用硫来代替
D.若该实验没有达到预期目的，可能的原因之一是装置气密性不好造成的
2.某同学利用如图所示装置，选用不同可燃物测定空气里氧气的含量。实验起始时在集气瓶中装入少量水，并将水面上方空间分为五等份。将燃烧匙内的可燃物加热至燃烧或红热后，伸入瓶中塞紧瓶塞。冷却至室温后打开弹簧夹，记录数据如表（装置的气密性良好）。下列有关解释不合理的是( )
实验编号 可燃物 进入集气瓶中水的高度
① 镁带 等于3格
② 铁丝 几乎为0
③ 红磷 约为0.6格
④ 红磷 约为1.5倍
A.实验①可能原因是：镁带除与氧气反应外，还能与空气中的其他气体反应
B.实验②可能原因是：铁丝燃烧消耗的氧气与生成的气体体积相等
C.实验③可能原因是：红磷量太少，集气瓶中的氧气未完全反应
D.实验④可能原因是：红磷点燃后，插入燃烧匙时，未迅速塞紧瓶塞，有部分空气逸出
3.下图为“用红磷测定空气中氧气含量”的装置。左右两边活塞距离为20cm，活塞可以自由移动（密闭体系内除空气外其他物质体积忽略不计）。下列说法正确的是( )
A.红磷燃烧后产生大量白色烟雾
B.氧气含量指的是“氧气质量分数”
C.实验结束后活塞之间的距离约为4cm
D.缓慢来回推动活塞可以提高实验结果的精确度
4.暖宝宝贴（主要成分为铁粉、木炭、食盐）的热量来源与铁粉的氧化。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所示，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.若实验测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝贴的使用数量不足
D.必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后才能记录量筒内剩余水的体积
5.图1所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图2是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间关系图（该装置气密性良好，是集气瓶内初始气压），下列说法中正确的是( )
①a点时反应刚好停止
②c点时反应刚好停止
③红磷的多少对实验结果无影响
④红磷点燃后立即放入瓶中
⑤红磷熄灭后立即打开止水夹
⑥集气瓶中气压瞬间变大是迅速消耗造成的
⑦b、c、d点时集气瓶中所含物质相同
⑧该装置测得空气中氧气含量为
A.①④⑥⑧ B.②④⑥⑧ C.①④⑦ D.④⑦⑧
6.某学习小组为探究空气中氧气的含量，设计了如图所示的装置，根据装置回答下列问题：
（1）用放大镜聚焦使燃烧匙中过量的白磷燃烧，当装置冷却到室温时，可观察到U形管右侧水面的变化情况是__________。
（2）通过这个实验可以得出的结论是____________。
（3）反应完毕后，U形管右侧剩余的气体主要是_________。
（4）为什么不能用木炭取代白磷做这个实验？___________________。
7.某同学用如图所示的装置粗略地测定空气中氧气的体积分数，图中烧杯上方玻璃管（预先固定好）中部有一可左右滑动的活塞，活塞左端管内密封有空气，活塞右端的玻璃管口跟空气连通，实验开始前活塞处在刻度5cm处。已知生石灰与水反应能产生大量的热，温度达到40℃时白磷能自燃。
（1）向烧杯内加入适量水，与生石灰反应的目的是_________。
（2）可观察到玻璃管内开始发生的现象：白磷（足量）_________,活塞向__________（填“左”或“右”）移动。
（3）写出白磷燃烧的文字表达式或符号表达式__________。
（4）实验结束，恢复到常温后，活塞应停在约_______cm处，据此可得出的结论是______。
8.为测定空气中氧气的含量，小亮同学在老师的指导下进行创新设计。
（1）小亮先按照课本进行实验，装置如图1：
①红磷燃烧时，可观察到产生大量的_____。红磷燃烧停止，冷却到室温后，打开止水夹，可观察到烧杯中的水进入集气瓶至刻度_____处。实验结论是_____。
②实验中不能用木炭代替红磷，原因是生成物为二氧化碳气体，瓶内_____基本不变，导致烧杯中的水几乎不回流，从而无法测定出空气中氧气的含量。
③根据实验中观察到_____（填实验现象）说明氮气不能燃烧也不能支持燃烧；根据实验中观察到集气瓶中的水上升到约集气瓶容积的1/5后，不再继续上升，说明氮气 _____（填“难”或“易”）溶于水。
④请写出红磷燃烧的文字表达式为_____。
（2）在老师的指导下，小亮大胆创新设计实验，他选用容积为35mL的试管作反应容器，按预设的方案进行测定实验。装置如上图2，请分析并回答下列有关问题：
①实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至10mL刻度处，然后松手，如果活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明_____。
②实验中，先夹紧弹簧夹，当红磷与氧气充分反应后，再移开酒精灯并打开弹簧夹，注射器活塞将从20mL刻度处慢慢前移，理论上活塞最终大约应停在_____mL的刻度处。
③实验结束后，同学们发现最后测定结果偏小，可能的原因是_____（填一种）。
9.（1）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两套装置图，请结合图示回答有关问题。
①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
30mL 10mL 4mL ___________
②装置一和装置二中气球的位置不同，___________（填“装置一”或“装置二”）更合理，理由是___________。
③若实验测得的结果偏小（氧气的体积分数小于21%），可能的原因有哪些？（列举两条）___________；___________。
（2）除用铜粉测定空气中氧气的含量外，我们还有其他测定方法。如装置三是用燃磷法测定空气中氧气体积分数的实验装置，请你回答下列有关问题：
①红磷燃烧时冒出浓厚的___________，反应的符号表达式___________；
②红磷燃烧消耗氧气，并且生成固体，使得集气瓶内的___________减小，致使烧杯中的水倒吸入集气瓶，从而粗略测出空气中氧气的体积分数。
答案以及解析
1.答案：C
解析：测定空气中氧气含量的原理是，利用物质与空气中的氧气反应，又不生成气体，使瓶内气体减 少，压强变小，水倒流入集气瓶内，倒流的水的体积就等于瓶内氧气的体积。实验中倒流的水约占瓶的容积的五分之一，证明氧气约占空气体积的1/5；B.实验中，水进入集气瓶后，氮气没有减少，此实验证明，反应后组气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧；C.该实验中的红磷不用硫来代替，因为二氧化硫是气体；D.装置气密性不好，可能会导致测定结果偏大或偏小；选C。
2.答案：B
解析：A、实验①可能原因是：镁带除与氧气反应外，还能与空气中的其他气体反应，即镁带和氮气反应，故A正确；
B、铁丝不和空气中的氧气反应，集气瓶中压强几乎不变，故B不正确；
C、红磷量太少，集气瓶中的氧气未完全反应，压强变化小，集气瓶中水的体积偏小，故C正确；
D、红磷点燃后，插入燃烧匙时，未迅速塞紧瓶塞，有部分空气逸出，集气瓶中压强变小的多，烧杯中的水倒流进集气瓶水变多，故D正确。故选B。
3.答案：D
解析：A、用红磷测定空气中氧气含量，红磷燃烧生成五氧化二磷，五氧化二磷为固体，所以红磷燃烧产生的是大量白烟，而不是雾，故A错误；
B、氧气含量指的是氧气体积分数，故B错误；
C、氧气约占空气总体积的五分之一，故活塞间的气体会减少约五分之一，剩余后活塞之间的距离应该约为，故C错误；
D、缓慢来回推动活塞可以使装置内空气中的氧气与红磷充分反应，从而提高实验结果的精确度，故D正确；
故选D。
4.答案：B
解析：A.如果装置漏气，会使进入的水偏少，测定的结果偏小，实验前必须检查装置的气密性，故正确；
B.铁生锈消耗氧气，使装置内的气压减小，进入水的体积就是消耗氧气的体积，集气瓶内空气的体积是（250-20）mL=230ml，进入水的体积是45mL，即氧气的体积是45mL，因此氧气的体积分数=≈19.6%，故错误；
C.发热剂的量必须足量，因为只有足量的发热剂才能把氧气消耗完，使结果准确，若实验测得空气中氧气体积分数偏低，可能是暖宝宝贴的使用数量不足，故正确；
D.必须等温度计的读数恢复至实验前的温度后才能记录量筒内剩余水的体积，使结果准确，故正确。
答案：B。
5.答案：C
解析：①a点时气压最大，放出的热量最多，红磷燃烧刚好停止，则a点时反应刚好停止，故说法正确；
②根据①的分析，a点时反应刚好停止，而不是c点，故说法错误；
③红磷必须是足量的，以完全消耗装置中的氧气，否则测定结果偏小，故说法错误；
④红磷点燃后立即放入瓶中，防止伸入过慢使瓶内气体受热膨胀逸出，测量结果不准确，故说法正确；
⑤红磷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，故说法错误；
⑥集气瓶中气压瞬间变大，是因为红磷燃烧放出大量的热，使装置内气压增大，故说法错误；
⑦在a点反应已经结束了，b、c、d点时集气瓶中所含物质相同，故说法正确；
⑧该装置测得空气中氧气含量为，故说法错误。
故①④⑦说法正确。
故选：C。
6.答案：（1）右侧上升
（2）氧气约占空气体积的五分之一
（3）氮气
（4）木炭燃烧生成气体
解析：（1）白磷燃烧就是白磷和氧气在点燃条件下反应生成五氧化二磷，当装置冷却到室温时，U形管右侧水面上方气体减少，压强变小，小于外界大气压，而左侧液面上方气体压强等于大气压，可观察到U形管水面的变化情况是右侧上升、左侧下降；
（2）冷却至室温后，右侧液面上升的高度为原气体所占高度的五分之一，通过这个实验可以得出的结论是氧气约占空气体积的五分之一；
（3）空气中各成分的含量按体积分数计算，氮气占78%，氧气占21%，反应完毕后，U形管右侧剩余的气体主要是氮气；
（4）不能用木炭取代白磷做这个实验，因为木炭燃烧生成气体二氧化碳，装置内气体不减少，压强不变小，液面没有变化，不能测定氧气的含量。
7.答案：（1）放出热量使白磷燃烧
（2）燃烧产生大量的白烟；右
（3）或
（4）4；氧气约占空气体积的
解析：（1）生石灰主要成分是氧化钙，氧化钙与水反应，会放出热量，白磷的着火点低，放出的热量能够使白磷达到着火点，使白磷燃烧。故答案为：放出热量使白磷燃烧。
（2）白磷刚开始燃烧时，产生大量的白烟，放出热量，放出的热量使活塞中的空气膨胀，活塞向右移动。故答案为：燃烧产生大量的白烟；右。
（3）在点燃的条件下，磷与氧气反应生成五氧化二磷，文字或符号表达式为：或。故答案为：或。
（4）白磷是足量的，白磷燃烧会消耗玻璃管内的氧气，实验结束，恢复到常温后，在外界大气压作用下，活塞向左移动，活塞应停在约4cm处，据此可得出的结论是：氧气约占空气体积的五分之一。故答案为：4；氧气约占空气体积的。
8.答案：（1）白烟；1；氧气约占空气体积的1/5（要答到“体积”两字）；压强；红磷熄灭；难；红磷＋氧气五氧化二磷
（2）该装置的气密性良好；13；红磷的量不足（试管没有冷却到室温就打开弹簧夹）
解析：（1）①红磷燃烧时，产生大量的白烟。因为氧气约占空气体积的，因此烧杯中的水进入集气瓶至刻度1处。
②实验中不能用木炭代替红磷，原因是生成物为二氧化碳气体，瓶内压强基本不变，导致烧杯中的水几乎不回流，从而无法测定出空气中氧气的含量。
③根据实验中观察到红磷熄灭说明氮气不能燃烧也不能支持燃烧；根据实验中观察到集气瓶中的水上升到约集气瓶容积的后，不再继续上升，说明氮气难溶于水。
④红磷燃烧生成五氧化二磷，文字表达式为：红磷＋氧气五氧化二磷。
（2）①实验前，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至10mL刻度处，然后松手，如果活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明该装置的气密性良好。
②因为氧气约占空气体积的1/5，所以氧气的体积为35mL×=7mL，活塞最终大约应停在20mL-7mL=13mL刻度处。
③红磷的量不足（试管没有冷却到室温就打开弹簧夹，不能答“装置漏气”）均会造成倒吸进入集气瓶的水的体积偏少，使测量结果偏小。
9.答案：（1）15%；装置二；利于空气流通，使铜粉与氧气充分反应；装置漏气；铜粉量不足
（2）白烟；；压强
解析：（1）①注射器中空气减少的体积就是消耗氧气的体积，故实验测得空气中氧气的体积分数为；
②装置一和装置二中气球的位置不同，装置二更合理，因为装置二能让空气更易流通，使铜与氧气充分反应；
③若实验测得的结果偏小（氧气的体积分数小于21%），可能的原因有：铜粉的量不足，不能将氧气完全耗尽，也可能是装置漏气，在冷却至室温的过程中，外界空气进入，占据了一定的体积，也可能是未冷却至室温就读数，气体受热膨胀，占据了一定的体积；
（2）①红磷燃烧，产生大量白烟；
红磷燃烧生成五氧化二磷，该反应的符号表达式为；
②红磷燃烧消耗氧气，并且生成固体，使得集气瓶内的压强减小，致使烧杯中的水倒吸入集气瓶，从而粗略测出空气中氧气的体积分数。