九上實驗串講2-空氣成分的測定

1、2020年-2021年最新秋季第一學期（上冊）九上實驗串講2-空氣成分的測定【實驗說明】在解空氣中氧氣含量測定的基本題型時首先要弄清定量測定空氣組成的原理，即創(chuàng)設一個密閉的環(huán)境（容器），利用可燃物在其中燃燒耗盡空氣中的氧氣，從而使容器內的壓強小于外面大氣壓，測得液體（水或其他液體）進入容器內的體積即為消耗的氧氣體積，從而得出結論。試題中除基本題型外考查的點主要有：剩余氣體的性質；實驗中的誤差分析； 實驗藥品的選擇；實驗裝置的改進；實驗原理的應用等。【實驗原型】1 .有關空氣組成的研究與發(fā)現(xiàn)對化學的發(fā)展做出了重要貢獻。1 .拉瓦錫的研究：用加熱汞的方法測定空氣中氧氣的含量如圖1所示，拉瓦錫把少量

2、的汞放在密閉的玻璃容器中連續(xù)加熱12天后，發(fā)現(xiàn)有一部分銀白色的液態(tài)汞變成紅色粉末，容器內空氣體積減少了約五分之一。收集汞表面生成的紅色粉末（氧化汞），置于另一容器內強熱得到了汞和氧氣，且氧氣的體積恰好等于原來密閉容器里所減少的空氣體積。（1）上述實驗中，使用汞的優(yōu)點有 。A.汞為液態(tài)，在加熱的條件下只與氧氣反應且生成物為固體B.時間足夠長，能將密閉裝置中的氧氣幾乎耗盡C.實驗過程中沒有污染D .生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣（2）繼拉瓦錫研究后，英國科學家瑞利經多次實驗發(fā)現(xiàn)：從空氣分離得到的氮氣密度總是略大于純凈氮氣密度。造成這一差異主要與空氣中的 相關。n.興趣小組A的實驗：用紅磷燃燒

3、的方法測定空氣中氧氣的含量（如圖 2所 示）（3）用酒精燈點燃燃燒匙中過量的紅磷，觀察到的現(xiàn)象有 ,并放出大 量的熱。寫出該反應的化學方程式： 。（4）該興趣小組同學經多次實驗發(fā)現(xiàn)：當反應停止并恢復至室溫，用氧氣濃度傳感器測得廣口瓶內始終有8%左右的氧氣殘留。請分析紅磷燃燒無法耗盡氧氣的原因是 （已排除操作原因引起的實驗誤差）。m.興趣小組B的實驗：用鐵生銹原理測定空氣中氧氣含量（如圖 3所示）。測得實驗數據如表:測量實驗前實驗后燒杯中剩余水集氣瓶（扣除內容物）和導管的體積項目燒杯中水的體積的體積體積/ml80.049.0150.0（5）根據表中數據，計算實驗測得的空氣中氧氣的體積分數是（計算

4、結果精確到 0.1%）。（6）該實驗中NaCl溶液的作用是2.空氣中氧氣含量測定的再認識?！窘浀滟p析】教材中介紹了拉瓦錫用定量的方法研究了空氣的成分（實驗裝置如圖該實驗中選擇使用汞的優(yōu)點有A.實驗過程中沒有污染B.在汞槽中起到液封的作用C.能將密閉裝置內空氣中的氧氣幾乎耗盡圖*D.生成的化合物加熱分解又能得到汞和氧氣浸潤K的 灌的朝舒附、送惇 的混音物）【實驗回顧】實驗室常用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的含量（裝置如圖2),當冷卻至室溫后，集氣瓶內剩余氣體的成分是A.五氧化二磷B.主要成份為氮氣和氧氣C.純凈的氮氣OD.主要成份為氮氣的混合氣體興趣小組的同學用該方法測出的氧氣含量常常遠低于21

5、%?！咎岢鰡栴}】用紅磷燃燒的方法為什么測定空氣中氧氣的含量會偏小?【進行猜想】（1）裝置漏氣；（2）,裝置內氧氣有剩余;一樣【映修3族情水 于是進行了實驗（裝置如圖3)。(3)【實驗與交流】在老師的指導下，鳳九分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測定氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21 %。請從燃燒條件的角度分析產生上述 兩個結果較大差異的主要原因是:【實驗探究1】東華根據鐵生銹的原理，探究用鐵能否準確測定空氣中氧氣的含量。通過7天測得的數據計算出空氣中氧氣的含量為19.13%。【交流與反思】 與用紅磷燃燒的方法相比， 用鐵絲生銹的方法測定的主要優(yōu)點是:粉、氯化鈉

6、等物質又進行了實驗【實驗探究2】為了加快反應速率，東華通過查閱資料，利用鐵粉、炭（裝置如圖4） 。 8分鐘后測得的數據如下表：集氣瓶內空氣實蛉前的體投買崎后的體犯燒杯內燒杯內剩莖用水余饕雀水131mL90.CknL浸汨*1溶液的就 舐（山眼盤有帙暢.屏哥的很合物3 、請計算出空氣中氧氣含量為 （計算結果保留一位小數）。【結論與反思】通過上述實驗探究，選擇 （填物質名稱）進行實驗，可較為 快速地完成實驗并減小實驗誤差?！就卣寡由臁裤~也能與空氣中氧氣、水、二氧化碳反應而銹蝕，生成銅綠銅綠主要成分為 CU2（OH）2CO3。寫出生成銅綠的化學方程式 。若將圖3裝置中的粗鐵絲換成足量的銅絲進行實驗，請

7、判斷能否比較準確地測定空氣中氧氣的含量，并說明理由。 （相 對原子質量：C-12 O-16）【答案】1. ABD ;稀有氣體；大量的白煙；4P+5O2點燃2P2。5；當廣口瓶內的氧氣濃度過低時就不能支持紅磷持續(xù)燃燒；20.7%;加快鐵生銹消耗氧氣的速率2. BCD ; D;紅磷不足、實驗前沒有夾彈簧夾；白磷著火點比紅磷著火點低；裝置內殘留的氧氣更少，實驗結果更準確；20.2%;鐵粉、碳粉、氯化鈉和蒸儲水；2Cu+O2+H2O+CO2 -Cu2（OH）2CO3；不能，因為空氣中二氧化碳含量約只有 0.03% ,銅不能將裝置中的氧氣幾乎耗盡【近遷移】1.下面幾位同學是測量空氣中氧氣體積含量的幾個實

8、驗，請你參與他們的實驗探究:實驗一小強采用A圖所示的裝置進行實驗：在由兩個注射器組成的密閉系統(tǒng)中留有25mL空氣，給裝有細銅絲的玻璃管加熱， 同時緩慢推拉兩個注射器活塞，至玻璃管內的銅絲在較長時間內無進一步變化時停止加熱，待冷卻至室溫，將氣體全部推至一個注射器內，觀察密閉系統(tǒng)內空氣體積變化（已知銅能 與空氣中的氧氣反應）。（1）在實驗加熱過程中，交替緩慢推動兩個注射器活塞的目的是 。(2)小強測得實驗結果，空氣中氧氣的體積分數小于 20%,造成該實驗出現(xiàn)誤差的原因可能是(填序號)讀數時沒有冷卻至室溫；加入銅絲量太少實驗二:小紅采用B圖所示的裝置進行實驗：實驗過程如下：第一步：將集氣瓶容積劃分為

9、五等份，并做好標記。第二步：用放大鏡點燃燃燒匙內的紅磷。第三步：待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，發(fā)現(xiàn)水被吸入集氣瓶中，進入集氣瓶中水的體積約為集氣 瓶總容積的。請回答下列問題：(1)集氣瓶中剩余的氣體主要是 。(2)根據實驗推斷集氣瓶中剩余氣體的性質有 。實驗三小華同學打算采用 C圖所示的裝置進行實驗：設計如下方案：選用實際容積為25mL的試管作為反應容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與注射器(注射器的容積為40ml,且潤滑性很好)相連，注射器的前沿停在20ml刻度處。(假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，

10、保持空氣正常流動。)請回 答下列問題：(1)實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明 ;(2)若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，試管冷卻后再松開彈簧夾，觀察到的現(xiàn)象 為。2.某化學興趣活動小組為測定空氣中氧氣的含量，進行如下探究實驗：(1)如實驗中可以看到玻璃容器內白磷燃燒時的現(xiàn)象是 ,該反應的符號表達式是 。實驗結束后，恢復至常溫，活塞應停在刻度 處，出現(xiàn)該現(xiàn)象的原因是： 。玻璃容器內余下的氣體主要是 。此反應中白磷要過量，目的是 。1 2 3 4 5 I I I I 3 .某興趣小組開展“測定密閉容

11、器中某種氣體的體積分數”的探究實驗?！緦嶒?】按圖1所示裝置，用紅磷燃燒的方法測定空氣中氧氣的體積分數。【實驗2】按圖2所示裝置，在集氣瓶內壁用水均勻涂附鐵粉除氧劑(其中輔助成分不干擾實驗)，利用鐵銹蝕原理測定空氣中氧氣的體積分數。(4)結合你的學習經驗，若要尋找紅磷或鐵粉除氧劑的替代物，用圖【實驗3】測定用排空氣法收集到的集氣瓶中二氧化碳的體積分數。(1)實驗1中，紅磷燃燒的主要現(xiàn)象是 。紅磷熄滅后，集氣瓶冷卻至室溫，打開K,水能倒吸入集氣瓶的原因是。(2)為提高實驗的準確性，以上兩個實驗都需要注意的事項是 (寫一點)。(3)實驗過程中，連接數字傳感器，測得實驗1、實驗2中氧氣的體積分數隨時

12、間變化的關系分別如圖3、圖4所示。依據圖3,圖4信息， (填“實驗1”或“實驗2”)的測定方法更準確，判斷依據是。1或圖2裝置測定空氣中氧氣的體積分數，該替代物應滿足的條件是 (寫兩點)。(5)甲同學設計圖5所示裝置進行測定。濃 NaOH溶液的作用是 (用化學方程式表示)。(6)乙同學提出，僅利用圖 6所示裝置，在不添加其他試劑的前提下，也能測得集氣瓶中二氧化碳的體積分數。為達到實驗目的，操作方法是4 .化學興趣小組對空氣中氧氣含量的測定進行了如下實驗探究。將數顯設備、三種傳感器(氣體壓強、溫度、氧氣濃度)和其它裝置按圖1連接，裝置氣密性良好。實驗開始，打開并調試好傳感器和數顯設備， 用酒精燈

13、將足量紅磷點燃， 立即將燃燒匙伸入瓶中并塞緊橡皮塞。各傳感器測得的數據如圖 2所示，橫坐標為時間，縱坐標表示該段時間內氣體壓強、溫度、氧氣 濃度對應的變化情況。Qk單氣茫度 傳惠滯 住強 傳感日值蝎圖1圖？(1)寫出紅磷燃燒的化學方程式： 。(2)根據圖2中壓強變化曲線，bc段壓強升高的原因是 。實驗結束打開活塞的過程中，壓強曲線中對應的線段是 。(3)圖2中X曲線表示的是 (填“溫度”或“氧氣濃度”)變化情況。(4)實驗結束測得裝置內氧氣濃度為8.85%后改用足量白磷實驗測得氧氣濃度為3.21%采用教材裝置測定空氣中氧氣含量時，改用白磷能使測定結果較準確的原因是 。根據實驗結果，你對燃燒條件

14、的新認識是 。5 .法國化學家拉瓦錫通過實驗得出的結論是氧氣約占空氣總體積的1/5,某校的化學興趣小組對該實驗進行了探究。探究一：第一化學興趣小組的同學按照課本的實驗裝置做“測定空氣中氧氣的體積分數”實驗，但測出的氧氣體積分數明顯偏小，設計改進實驗(圖 1)?！静殚嗁Y料】顏色、狀態(tài)熔點/C燃燒所需最低溫度/C密度/g?cm 3紅磷暗紅色固體5902402.34白磷白色固體44.1401.82(1)寫出課本實驗集氣瓶中紅磷發(fā)生反應的文字表達式 ，屬于 反應。(填基本反應類型)（2）課本實驗測出氧氣體積分數偏小的原因： 。（寫一條原因）（3）對課本實驗裝置進行了如圖1的改進。把紅磷更換為白磷，理由

15、是 通過粗銅絲來點燃玻璃管內的白磷，利用了金屬銅的導電性；與課本實驗裝置相比，圖 1裝置的一個優(yōu)點是情113申熱板B探究二：第二化學興趣小組設計了圖2所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數，其中 A是底面積為50cm2、高20cm的圓筒狀玻璃容器（帶密封蓋），上面標有以cm為單位的刻度，B是帶刻度的敞口玻璃管（其他輔助裝置略）。他們的操作過程如下：a.檢查裝置氣密性；b.加水并調整B的高度，使A中的液面至刻度15cm處；c.將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上，蓋緊密封蓋。（提示：銅和氧氣在加熱的條件下反應生成氧化銅）d.通電加熱銅粉，待充分反應后，冷卻到原來的狀況，調整 B的高度使容器 A、B中的液

16、面保持水平，記錄液面刻度。（注：A容器內固態(tài)物質所占的體積忽略不計）（1）在操作a中檢查裝置氣密性的方法：往 B中加水，使A、B液面保持水平，蓋緊 A的密封蓋，再把B管向上輕提，若出現(xiàn) （填現(xiàn)象），則氣密性良好（2）在上述實驗中，下列物質不能代替銅粉的是 （填字母）。A .紅磷B.木炭C.硫D.鐵絲（3）在操作d結束時，裝置 A中液面的刻度約為 cm （填整數）。如果在操作 d結束時，裝置 A中液面刻度在11cm處，則實驗結果比理論值 （填“偏大”或“偏小”）。6 .某研究性學習小組設計了如圖1所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數，其中 A是標有以cm為單位的刻度尺、且在 0刻度正上方一圓狀缺

17、口處有一圓筒狀玻璃容器（帶橡皮塞B） , C為能自由移動的活塞。他們操作過程如下:a.檢查裝置的氣密性；b.將兩個可自由移動的活塞 C分別調整到左右兩邊刻度的 10cm處；c.將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上，塞上橡皮塞B;d.通電加熱銅粉，待充分反應后，冷卻到原來的溫度，記錄兩活塞C之間的距離為h;e.根據數據h列出公式，計算空氣中氧氣的體積分數。(注：A容器內的固態(tài)物質、惰性電熱板、活塞部分所占體積忽略不計，活塞與玻璃容器之間的摩擦力也忽略不計)(1)檢查裝置氣密性的方法是分別移動兩活塞 C到左右兩邊刻度為 10cm處，塞緊橡皮塞 B,雙手將兩活塞C向里推，使活塞之間的距離縮小， 然后松手，

18、活塞向外移動，直到兩活塞C的距離為 cm時停止移動，說明裝置氣密性好。(2) bd的實驗步驟中兩活塞之間的距離h具體變化情況是 。(3)空氣中氧氣的體積分數的計算公式(含字母h)為。(4)如果在操作 d中惰性電熱板沒有冷卻到原來溫度，則e操作中計算出的實驗結果比理論值偏(“大”或“小”)。(5)該裝置和圖2比，優(yōu)點是 。7 .某研究小組用如圖所示裝置，探究能否用鎂條代替紅磷測定空氣中氧氣含量?！咎岢霾孪搿坎孪?:可以代替，因為鎂條與氧氣反應后不會產生氣體猜想2:不能代替，因為鎂條可能會與空氣中的其他成分發(fā)生反應【進行實驗】步驟實驗操作組裝好裝置后，打開止水夾，手捂集氣瓶，一段時間后，松開手實驗

19、現(xiàn)象燒杯中導管口有氣泡冒出，段液柱松手后，燒杯中導管末端有n關閉止水夾，點燃鎂條，迅速伸入鎂條燃燒，放出大量熱，發(fā)出耀眼白光，生成大量白煙，集氣瓶中，塞好塞子剩余固體為白色帶狀物還夾雜著極少量淡黃色的固體m 冷卻至室溫，打開止水夾燒杯中水從導管進入集氣瓶中，體積約為集氣瓶體積的【解釋與結論】（1）步驟I的實驗目的是 。（2）步驟n中，關閉止水夾的目的是 。（3）根據實驗現(xiàn)象中的 （寫一個即可）可以推測猜想 2成立?！纠^續(xù)探究】經查閱資料得知氮化鎂（Mg3N2）為淡黃色的固體，于是小晴猜想鎂條還可能會與空氣中的 發(fā)生反應；【設計實驗】她設計實驗方案證明自己的猜想 ;【實驗結論】鎂條與氮氣反應的化

20、學方程式為： ;【反思與評價】 通過上述探究活動， 你對燃燒有什么新的認識？ 8 .科學課本上用圖甲的裝置來測定空氣中氧氣的體積分數，而小明通過查詢資料對該實驗進行改進，利用四硫化鈉（Na2s4）固體替代紅磷進行實驗，其反應原理為2Na2s4+O2+2H2O-8S J +4NaOH實驗步驟:將足量的四硫化鈉（Na2s4）固體置于試管中，加入適量的水并迅速塞緊橡膠塞，再充分振蕩。測量液面至橡膠塞下沿的距離，記錄數據hi （如圖乙所示）？將該試管插入水中（如圖丙所示），取下橡膠塞，觀察到試管內液面上升。當管內液面穩(wěn)定時塞緊橡膠塞，將試管取出倒轉過來，測量液面至橡膠塞下沿的距離（如圖丁所示）記錄數據

21、h2。按照再重復實驗兩次。3次實驗數據如下表所示:第1次第2次hi/厘米11.011.4第3次11.6h2/厘米8.79.19.2（D步驟中進行充分振蕩的目的是 ；（2）計算第3次實驗空氣中氧氣的體積分數約為 （結果精確到0.1%）;（3）小明設計的實驗與課本上的實驗相比，有什么優(yōu)點 。（寫出一點即可）（4）同學們分析了小明的實驗方案后，認為步驟中塞緊橡膠塞的時機對測量結果有影響，請問何時塞橡膠塞測量結果最準確？?！敬鸢浮?.使空氣中的氧氣充分反應；氮氣；難溶于水，既不能燃燒，也不能支持燃燒；裝置的氣密性良好；注射器的活塞向左移動至刻度10mL處停止2 .產生大量的白煙；P+O2點燃P2O5；

22、 4;氧氣約占空氣總體積的；氮氣；完全消耗裝置的氧氣3 .產生了大量的白煙；氧氣被消耗，集氣瓶內氣體壓強小于大氣壓；裝置的氣密性要良好；實驗2;反應后，實驗1集氣瓶內剩余氧氣的體積分是 8.6%,實驗2集氣瓶內氧氣幾乎要耗盡；能夠和氧氣反應，生成物不是氣體；2NaOH+CO2-Na2CO3+H2O;用冰水冷卻集氣瓶，打開 K4 . 4P+5O2點燃2P2。5；紅磷燃燒放熱，使裝置內氣體受熱膨脹，壓強變大；de；溫度；P4+5O2點燃P4O10；足量的白磷燃燒消耗的氧氣的更多；不同物質燃燒需要氧氣的最低濃度不同5 .紅磷+氧氣五氧化二磷；化合；紅磷量不足，氧氣未被消耗完；白磷的著火點低，可以較容

23、易的發(fā)生燃燒；測量所得數據比較準確（或所用試劑量少，節(jié)約藥品；或環(huán)保，生成的五氧化二磷有毒，不污染空氣） 當B管中的液面高于 A管時；B; 12;偏大6 . 20; h先大于20cm,后逐漸減少，直到 h約等于16cm時保持不變；??；實驗結果更準確7 .檢查裝置的氣密性；防止溫度升高導致氣壓增大，將部分氣體壓出集氣瓶；生成物中有極少量淡黃色的固體或進入集氣瓶中水的體積約為集氣瓶體積的；氮氣；將點燃的鎂條伸入充滿氮氣的集氣瓶中；3Mg+N 2點燃 Mg 3N2;燃燒不一定在氧氣中進行8 .為了使氧氣充分反應；20.7%;不需要加熱，節(jié)約能源或操作簡便等；當試管中的液面不再上升時，塞橡膠塞測量結果最準確【遠遷移】1.小明用容積為125mL的集氣瓶通過向上排空氣法收集二氧化碳氣體。驗滿后小明認為這瓶氣體不是純凈的，為測定這瓶氣體中二氧化碳的體積分數，設計如圖裝置進行實驗（裝置氣密性良好）。Na2CO