浙教版2022-2023学年第二学期八年级科学“期末冲刺”专题训练（十六）：空气中氧气测定的实验探究（含答案）

1.某同学设计了如图所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是底面积为50cm 、高20cm的圆筒状玻璃容器（带密封盖），上面标有以cm为单位的刻度，B是带刻度的敞门玻璃管，AB之间用软管连通。A中发生反应2Cu＋O2=Δ2CuO。
具体操作过程如下：
a．检查装置的气密性；
b．加入水并调整B的高度，使A中的液面至刻度15cm处；
c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，盖紧密封盖；
d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，
调整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，记录液面刻度。
（注：A容器内固态物质所占的体积忽略不计）
（1）在操作a中检查装置气密性的方法是________。
（2）在上述实验中，下列物质不能代替铜粉的是________ (填字母)。
A.红磷 B.木炭 C.铁粉
（3）在操作d结束时，装置A中液面的刻度约为__________（填整数）。
2.某化学研究小组在学习了“空气中氧气含量测定”实验的基础上，对教材中的实验装置进行了改进，设计出如图1所示的实验装置，实验时在粗铜丝末端的燃烧匙中放足量白磷。图2为用气体压力传感器测得的广口瓶中气压变化情况。据图回答下列有关问题。
(1)点燃酒精灯加热铜丝一端，一段时间后，白磷燃烧，这样做的好处是_____________（写两点）。
(2)图2中CD段气压变化的原因是_____________；导致DE段气压变化的实验操作是_____________。
(3)实验前在广口瓶中预先放入了20ml的水，若广口瓶的内部体积为200mL，则理论上倒流入集气瓶中的水的体积大约为_____________。
3.1774年，法国科学家拉瓦锡用定量的方法研究了空气的成分，实验装置如图甲所示。实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量，实验装置如图乙所示。
(1)图甲所示实验中，发生的反应是：2HgO=加热2Hg+O2↑。则下列分析正确的是__________（选填字母）。
A．HgO受热分解后质量减少，故本反应不符合质量守恒定律
B．汞槽中的汞起到液封作用，可防止生成的O2从玻璃钟罩内逸出
C．汞槽中的汞的液面会下降，是因为反应生成了O2
(2)分别用过量的红磷和白磷进行图乙所示实验，其中红磷燃烧的化学方程式为__________；
用测氧气浓度的传感器测得反应后装置内氧气浓度分别为8.85%和3.21%，请从燃烧条件的角度分析产生上述结果的主要原因是__________；此实验中__________（选填“能”或“不能”）用木炭替代红磷测定空气中氧气含量。
4.小乐用如图所示装置测量空气中氧气的含量，集气瓶的容积为600mL，集气瓶内水的体积为100mL，实验开始前量筒中水的体积200mL，实验结束后量筒中水的体积为120mL。（忽略燃烧匙和白磷所占据的体积）
（1）该实验测得空气中氧气的体积分数为___________，导致结果偏小的原因可能是___________（写出1点）。
（2）本实验若要耗尽集气瓶中的氧气，实验至少需要白磷___________g。（空气中氧气的体积分数按20%计算，氧气的密度为1.43g/L，结果保留2位小数）
5.如图所示为制取氧气的部分实验装置，请回答问题：
（1）若用过氧化氢溶液和二氧化锰制取并收集纯净的氧气，可选__________装置（选填字母）。
（2）小乐进一步探究CuO对过氧化氢分解是否有催化作用。她取了5mL5%过氧化氢溶液于试管中，进行如下实验：
若CuO对过氧化氢分解有催化作用，则步骤①、③的实验现象的不同之处是_______________；步骤⑥称量的结果是____________克。
（3）上述实验是否能证明CuO对过氧化氢分解有催化作用，请作出判断并简述理由。____________________。
6.科学课本上用图甲的装置来测定空气中氧气的体积分数，而小明通过查询资料对该实验进行改进，利用四硫化钠（Na2S4）固体替代红磷进行实验，其反应原理为：2Na2S4+O2+2H2O=8S↓+4NaOH。
实验步骤：
①将足量的四硫化钠（Na2S4）固体置于试管中，加入足量的水并迅速塞紧橡皮塞，再充分振荡；
②测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h1；（如图乙所示）
③将该试管插入水中，取下橡皮塞，观察到试管内液面上升；（如图丙所示）
④当管内液面稳定时塞紧橡皮塞，将试管取出倒装过来，测量液面至橡胶塞下沿的距离，记录数据h2；
⑤按照①~④重复试验两次，三次试验数据如下表所示：
（1）步骤①中进行充分振荡的目的是___________
（2）计算第3次实验空气中氧气的体积分数约为_______________（结果精确到0.1%）
（3）小明设计的实验与课本上的实验相比，有什么优点？________________（写出两点）
（4）同学们分析了小明的实验方案后，认为步骤④中塞紧橡胶塞的时机对测量结果有影响，请问何时塞橡胶塞测量结果最准确？____________________。
7.现有两组实验小组的同学参与“测定空气中氧气的体积分数”实验。
(1)甲组同学采用课本实验装置（图1），他们先用图2的组合装置在空气中点燃红磷，然后慢慢地将燃烧匙从上到下插入广口瓶中，目的是使上、下层空气中的氧气都能得到充分消耗，直到橡皮塞塞紧瓶口，红磷在瓶中继续燃烧至熄灭，等广口瓶冷却后，打开止水夹。但这样测出的氧气的体积分数明显大于1/5.请分析原因 。
(2)该装置本身在设计上还存在一定的缺陷，也是造成实验误差的原因，请分析其中一种缺陷，说明这种缺陷造成误差的理由 。
(3)乙组同学对课本上的实验装置进行了图3所示的改进，运用装入过量的白磷后实际容积为40mL的试管作反应容器，用橡皮塞塞紧试管口，通过导管与实际容积为60mL且润滑性和密封性都很好的注射器组成如图的实始装置。
①实验梢，打开弹簧夹，将注射器的活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明装置气密性 。
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，可观察到活塞前沿在 mL刻度处。
③若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应且至燃烧结束（活塞一直不脱离注射器，并保持气密性完好），试管冷却后可观察到活塞前沿在 mL 刻度处。
8.小金利用图甲所示装置测定空气中氧气的含量，同时用气体压力传感器测出集气瓶中的气压变化，并用数据处理软件以数字、曲线的形式实时显示出气压变化，如图乙所示。
请回答：
(1)实验中需要足量的白磷，原因是________________________________。
(2)连接好实验装置，将压力传感器接入电脑，打开数据处理软件，获取点燃前集气瓶中的气压（图乙中t1时刻前）；白磷点燃，获取实验过程中集气瓶内的气压变化曲线，如图乙所示。图象中BC段气压变化的原因是_________________________，t3时刻后的一段时间内瓶内气压又显著增加，这是因为进行了一个实验操作，即__________________________。
(3)可以用不同的方法得出氧气占空气体积的1/5，请写出其中的一种方法：____________________。
9.空气中氧气含量测定的再认识。
（1）实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（装置如图甲）。请你写出红磷在空气中燃烧的现象____________________________。
（2）为获得较为准确的实验数据，下列做法不正确的是____________。
①检查装置的气密性
②燃烧匙中的红磷足量
③点燃红磷后缓慢将燃烧匙插入瓶中，塞紧瓶塞
④红磷熄灭后立即打开弹簧夹
（3）小应对实验进行了如图乙的改进，请你说出改进后的优点______________（1点即可）。
（4）小应又将红磷改为木炭，一切操作正确但发现水不倒吸入集气瓶，你认为原因是__________________________________________。
10.小陈学习了在密闭集气瓶中燃烧红磷的实验方法来测定空气中氧气含量，如图甲，他觉得误差大，于是设计了如图乙的实验进行改进。图乙中烧杯上方固定好玻璃管，中间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大气连通，实验开始前活塞处在刻度5cm处。
（1）向烧杯中加入适量水，产生大量的热，让白磷达到着火点而燃烧，燃烧后，恢复到常温，活塞应停在约_______cm处；
（2）对比图甲实验，小陈的设计在减小误差上的优点有_________________、______________。
参考答案
1.（1）由B装置中玻璃管的敞口处加入水，并调整B的高度，使A中的液面至刻度15cm处，静置一会儿后观察A中液面若仍然在15cm处，则说明装置的气密性良好。（2）B（3）12
2.(1)实验在密闭环境中进行，更加精确；防止生成的五氧化二磷进入空气中污染环境(2)随着氧气消耗，内部气体减少，气压降低；反应结束后，不再放出热量，温度降低，内部气压也随着降低；打开弹簧夹(3)36mL
3.（1）BC （2）4P+5O2=点燃2P2O5；红磷的着火点比白磷高，较白磷不易燃烧；不能。
4.（1）16%，白磷量不足或装置漏气或未冷却至室温就打开止水夹。（2）0.11。
5.（1）BC （2）①中带火星的木条不复燃，③中带火星的木条复燃或者③中带火星木条更易复燃；0.2（3）不能证明，因为不能说明CuO的化学性质没有改变
6.（1）使反应物充分反应（2）20.9%（3）节能，装置简单，气密性好 （4）当试管中液面不再上升
7.(1)燃烧匙伸入过慢，导致部分空气受热溢出（答空气流入集气瓶不给分）
(2)检验完装置气密性后填装红磷时还需拔插橡胶塞，容易造成装置漏气，引起误差（实验前玻璃导管中也有空气，但玻璃导管的体积难以测量，造成误差）
(3)①良好 ②12 ③8
8.（1）把装置内的氧气耗尽（2）集气瓶中氧气被消耗，温度逐渐恢复到室温，气压减小；打开止水夹（3）根据t3时刻瓶内的气压值，或者根据流入集气瓶中的水量
9.（1）产生白烟（2）③④ （3）气密性好（合理即可）（4）消耗氧气生成气体二氧化碳，瓶内气压几乎不变
10.（1）4 （2）封闭以后点燃，避免点燃初期没有及时放入集气瓶而造成的误差有刻度易于观察（合理即可）
空气中氧气测定的实验探究