探究空气中氧气含量的实验题

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探究空气中氧气含量的实验题

    一、实验药品选择型
    例1.小军根据燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验原理,认为可用木炭替代红磷测定空气中氧气的含量,并按左下图所示装置进行实验。
    (1)依据的实验原理是_______________________________。
    小军检查装置气密性后,将盛有足量红热木炭的燃烧匙迅速伸入广口瓶中,并把塞子塞紧,待红热的木炭熄灭并冷却至室温后,就打开弹簧夹,并未发现倒吸现象。经过认真分析,小军发现实验失败的原因是(答一条)
    ________________________________________________。
    (2)小军反思上述实验的探究过程后认为:用燃烧法测定空气中氧气含量的实验时,在药品的选择和生成物的要求上应考虑是(答一条)__________________________________________________________。
    解析  探究空气中氧气含量的实验原理是:选择某种能与空气中的氧气反应而不与空气中其他气体反应的固体物质(如红磷,白磷等),利用过量的该物质将空气中的氧气完全消耗,生成新的固体物质,使密闭容器内气体积减小(减小的体积即为氧气的体积),气体的压强减小,引起水面变化,从而确定空气中氧气的体积分数。在探究空气中氧气含量的实验中,选择不同的药品会出现截然不同的现象。解此题的关键是判断可然物在空气中燃烧能否使密闭容器内气体体积减小,气体压强变小。(1)木炭在空气中燃烧过程中虽然消耗了氧气,但同时生成了二氧化碳气体,而生成二氧化碳气体的体积会弥补所消耗的氧气体积,反应前后广口瓶内气体压强并无明显的变化,因此烧杯中的水不会倒吸到广口瓶内,造成实验失败。(2)探究空气中氧气含量的实验,选择药品的条件是:①药品能在空气中燃烧,燃烧时只消耗氧气,不与空气中的其他成分反应,②药品在空气中燃烧后的生成物不是气体(若生成物为气体,可将水换成易吸收该气体的液体)。
    答案   (1)木炭在空气中燃烧消耗空气中的氧气;木炭在空气中燃烧虽然消耗了空气中的氧气,但生成了二氧化碳气体,致使广口瓶内气体压强未减小。
    (2)药品要能在空气中燃烧,燃烧时只消耗氧气(或生成物不能是气体)
    二、实验误差分析型
    例2.  某班同学用右图装置测定空气里氧气的含量。先用弹簧夹夹住乳胶管。点燃红磷伸   入瓶中并塞上瓶塞。待红磷熄灭并冷却后,打开弹簧夹,观察 广口瓶内水面变化情况。实验完毕,甲同学的广口瓶内水面上升明显小于瓶内空气体积的1/5,乙同学的广口瓶内水面上升显大于瓶内空气体积的1/5。下列对这两种现象解释合理的是(  )
    ①甲同学可能使用的红磷量不足,瓶内氧气没有消耗完
    ②甲同学可能未塞紧瓶塞,红磷熄灭冷却时外界空气进入瓶内
    ③乙同学可能没夹紧弹簧夹,红磷燃烧时瓶内空气受热从导管逸出
    ④乙同学可能插入燃烧匙太慢,塞紧瓶塞之前,瓶内空气受热逸出
    A.只有①③           B.只有②④         C.只有①②③            D.①②③④
    解析  探究空气中氧气的含量的实验误差分析,要根据实验原理进行推断,关键看操作的结果是导致密闭体系内气体的压强变大还是减小。甲同学的实验结果比实际偏低,原因可能有:(1)红磷量不足,瓶内氧气没有耗完;(2)未塞紧瓶塞,外界空气进入瓶内;(3)未冷却到室温就打开弹簧夹;乙同学的实验结果比实际偏高,原因可能是广口瓶内的部分空气受热逸出,致使广口瓶内气体的体积减小更多。
    答案:D
    三、实验装置创新型
    例3.为测定空气中氧气的含量,小华同学打算设计如下方案:选用实际容积为40 mL的试管作反应容器,将过量的白磷放入试管,用橡皮塞塞紧试管口,通过导管与实际容积为60 mL且润滑性很好的针筒注射器组成如右图的实验装置。
    假设此实验能按照小华的设想正常进行,且白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计,请回答
    下列问题:
    ((1)实验前,打开弹簧夹,将注射器的活塞前沿从20 mL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____________________。
    (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。
    可观察到的现象为_______________________________________________。
    (3)若不使用弹簧夹,用酒精灯加热白磷,充分反应直至燃烧结束,试管冷却。可观察到的现象为______________________________________________________________。
    (4)若按小华的设想进行实验,实际可能遇到诸多问题而发生危险,造成实验失败。例如______________________________________________________________________。
    解析  本题的创新性在于实验装置始终密闭,不会造成空气污染,通过活塞的移动来测定空气中氧气的含量,提高了实验结果的准确度。(1)实验操作前后装置内气体压强不变,证明该装置的气密性好。(2)白磷在空气燃烧时消耗氧气,产生白烟(生成五氧化二磷),导致密闭体系内气体压强减小,由于氧气约占空气体积的1/5,而试管内空气中氧气的体积约为:40 mL×1/5=8 mL,且过量的白磷燃烧能将试管内空气中的氧气耗尽,因此最终活塞的前沿在约12 mL(20 mL-8 mL=12 mL)的刻度线上。(3)白磷在空气中燃烧时放出大量的热,会使密闭体系内的空气受热膨胀,气体压强增大,活塞就会向右移动,当过量的白磷燃烧耗尽密闭体系内的氧气,试管冷却后,密闭体系内气体的压强减小,外界大气压就会推动活塞会向左移动,而密闭体系内空气中氧气的体积约为:(40 mL+20 mL)×1/5=12 mL,因此最终活塞的前沿在约8mL(20mL-12mL=8mL)的刻度线上。(4)因为白磷燃烧放出大量的热,会使密闭体系内气体压强增大,所以该实验中可能出现的问题有:橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等。
    答案  (1)装置的气密性好(2)白磷燃烧,产生白烟,活塞前沿在约12 mL的刻度线上
    (3)白磷燃烧,产生白烟,活塞先向右移动,最终稳定在约8 mL的刻度线上
    (4)橡胶塞弹出、试管爆裂、注射器活塞弹出等