2.1人类赖以生存的空气：空气中氧气体积分数的测定专项练习---2024-2025学年九年级化学沪教版（上海）第一学期

2.1空气中氧气体积分数的测定 1、几种测定空气中氧气含量的实验（如图所示），请根据实验回答问题。 （1）拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分（图1），通过该实验拉瓦锡得出了空气是由氧气和_________________（填物质名称）组成，其中氧气约占空气总体积的1/5。该实验中选用汞的优点是_________________。 A．实验过程中没有污染 B．能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽 C．实验仪器易得到 D．反应不需要条件 （2）实验室常用红磷燃烧的方法测定空气中氧气的含量（图2），写出红磷燃烧的化学方程式_______________________________；测出的氧气含量常常远低于1/5，可能的原因是_____________________________________________________（写一条即可）。 （3）兴趣小组同学对图2实验进行了改进，设计了如图3的实验。 实验前，打开弹簧夹,将体积为25mL的注射器活塞前沿20mL刻度处推至l5mL刻度处，然后松开手，若活塞能返回至原处，则说明_____________________________________。 实验时，先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热红磷，可观察到的现象为___________________；燃烧结束后，等到试管冷却后再松开弹簧夹，注射器活塞会从原来的20mL处移动，最终将停留在约为_____________mL（填整数）刻度处；若不使用弹簧夹，用酒精灯加热红磷，充分反应后冷却后，注射器活塞最终又将停留在约为_______________mL（填整数）刻度处。 对照图2实验，你认为图3实验有何优点?___________________（回答一点即可） （4）兴趣小组同学，还设计了用传感器技术测定空气中氧气含量，安验装置如图4所示，反应过程中容器内的压强、温度和氧气浓度三条曲线变化趋势如图5所示。其中Y表示的是___________________________________变化的曲线；结合X、Y两条曲线，分析图5中气体压强先变大后逐渐减小的原因____________________________________________。 2、某探究小组为测定空气中氧气的含量做如下图实验。 图1是利用气压传感器测定红磷燃烧时集气瓶内气压变化的实验装置。图2是集气瓶内气压的变化情况。图3是利用铜粉与氧气加热后反应生成氧化铜的原理，测定空气中氧气含量的实验装置。 （1）图1实验：点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把橡皮塞塞紧。待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹。写出红磷燃烧的符号表达式_______________________________。 （2）下列有关图2的分析不正确的是_______________。 A．BC段气压增大的主要原因是燃烧放热 B．CD段气压减小的主要原因是集气瓶内氧气不断被消耗且瓶内温度逐渐冷却 C．DE段气压增大的主要原因是烧杯中的水进入集气瓶 D．若用木炭代替红磷完成此实验，集气瓶内气压变化趋势与图2基本一致 （3）图3实验的主要实验步骤如下： ①组装装置，检查装置的气密性； ②向试管中加入足量的铜粉，铜粉要足量的原因是_______________________________； ③点燃酒精灯，不停地抽拉注射器的活塞，充分反应后停止加热。实验前，该注射器中空气的体积至少为________________mL，才能顺利的完成实验。 （4）反思：探究小组通过图3实验测定出的结果始终不准确，通过分析改良后，认为图4实验更合理，图4实验合理的理由是________________________________________，若实验过程中用酒精灯在铜粉部位加热时，没有不断推拉注射器，则可能导致测定的空气中氧气的体积分数________________(填“偏大”、“偏小”、“不变”)。 3、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__________________。 A．气密性良好 B．气密性不好 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）。 4、二百多年前，法国化学家拉瓦锡定量的研究了空气的成分。以下实验是仿照这个历史上著名实验的原理进行了改进。 （1）【实验方案一】图1装置是用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量。此实验不仅可以测定氧气占空气的体积分数，还可以说明氮气具有的化学性质是____________（只需写一点） 【实验方案二】食品脱氧剂（以铁粉为主的物质组成）能通过化学反应除去密闭包装袋中的氧气，使食品处于无氧状态。张山同学用图2装置进行测定空气中氧气含量的实验。下表是张山同学在实验过程中记录的有关数据： 所需要的时间 0 5 10 30 35 45 量筒中液面的刻度 50 35 27.5 19.7 19.7 19.7 （2）脱氧剂发生复杂的化学反应，首先是铁粉与氧气、水反应生成氢氧化亚铁固体，写出该反应符号表达式：_________________________________。 （3）分析表中数据得知，至少经过________分钟后，量筒中的液面不再下降。根据表中实验数据进行推算，广口瓶中氧气的体积分数是____________（结果精确到0.1%） （4）实验过程中，连接数字传感器（将实验方案二中量筒换为装有水的烧杯）测得两种实验方案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。根据图3、图4信息___________________（填“实验方案一”或“实验方案二”）的测定方法更正确，判断依据是_____________________________________。 （5） 【拓展反思】与燃烧红磷相比，用脱氧剂测定空气中氧气含量的优点是__________。 5、实验探究是学习化学的重要方法和手段。 探究一：为了研究植物的呼吸作用，小刚设计了如下图所示的装置。请你和小刚一起探究下列问题： （1）实验时，广口瓶用不透光的黑纸包住，其目的是为了防止瓶内的植物进行__________作用，对实验产生干扰。 （2）经过一段时间后，可以看到细玻璃管中的红墨水会____________(选填“左移”“右移”或“不动”)。揭去广口瓶外的黑纸，观察到广口瓶中发生的现象是___________________，原因是______________________________________________。 探究二：为测定空气中氧气的体积分数，小亮同学按下图中的甲装置进行了多次实验，发现每次实验测得的氧气体积分数总是远小于1/5。他认为实验误差主要是由实验装置造成的，于是他在老师的指导下改用乙装置进行实验。 实验操作步骤如下： ①连接仪器并检查装置气密性。 ②在量筒内加入100 mL水。 ③在集气瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250 mL，并画出体积大致相同的五格。 ④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧瓶塞，关闭止水夹，接通电源使电烙铁发热，点燃红磷后，断开电源。 ⑤燃烧结束并充分反应后，打开止水夹，待量筒内水面不再下降时，记录量筒内水的体积为50 mL。 （3）步骤4集气瓶中的现象__________________。 （4）图中甲、乙两个装置中红磷必须过量的原因是_____________________。 （5）与甲装置相比，乙装置中使用电烙铁点燃红磷可以减少实验误差，其原因是__________。 （6）根据本实验的数据，可计算出空气中氧气的体积分数为______________________。 （7）小亮查阅资料后发现，引起本实验的误差除实验装置外，还与可燃物的性质有关。本实验中若用细铁丝代替红磷，你认为该实验能不能获得成功理由是______________________。 5、小宇同学对上题实验进行了改进，方案如下： 将过量的白磷放入容积为40mL的试管中，用橡胶塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的注射器连接，如图所示（白磷所占体积忽略不计）。 （1）实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞的前沿从30mL刻度处推至20mL刻度处，松手后若活塞仍能返回至_______mL刻度处，则说明_____________。 （2）夹紧弹簧夹，加热白磷使其充分反应，试管冷却后再松开弹簧夹，活塞向左移动，最终停留在__________mL处。 （3）若不使用弹簧夹，加热白磷充分反应后冷却，可观察到活塞先向_______（选填“左”或“右”）移动，原因是___________；最终活塞稳定在_________mL处。 （4）若按小宇的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如：__________________________________________________。 （5）小瑞同学也对上题实验进行了改进，将红磷替换成了蜡烛进行测定空气中氧气体积分数的实验。他认为蜡烛更环保，而且取用方便。请评价小瑞改进实验的可行性和准确性。 可行性评估：___________________；准确性评估：_________________________。 7、某兴趣小组开展“测定空气中氧气的体积分数”的探究实验。 【分组实验】在讨论的基础上，他们分组进行了实验，实验装置如图1所示（装置气密性良好）。 （1）实验过程中红磷燃烧的主要现象是__________，反应的文字表达式为__________。 （2）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_________。 （3）红磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体主要是__________，该气体__________（选填“支持”或“不支持”）燃烧。 【实验拓展】 （4） 小明将压强传感器与图1装置连接，精确地记录并保存了实验过程中集气瓶内的压强变化曲线，如图2所示。 根据上图请描述红磷燃烧开始后，集气瓶内压强随时间变化的情况是__________________，原因是_______________________________________。 （5）实验过程中，连接数字传感器，测得图1装置中氧气的体积分数随时间变化的关系如图3所示，据图可得出的结论是____________________________________。 8、某同学设计测定空气中氧气含量的实验，实验装置如图I，该同学的实验步骤如下： ①将图中的集气瓶分为5等份，并作好标记。 ②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷，将导管上的止水夹夹紧，在酒精灯上点燃红磷，并立即伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞。 ③充分反应后，待集气冷却至室温，打开止水夹。 请回答下列问题： （1）该实验中红磷需稍过量，目的是________________________。 （2）步骤②集气瓶中的现象是_________________________；反应的文字表达式或符号表达式_____________________；打开止水夹后观察到烧杯内的水倒流入集气瓶，约占集气瓶空气体积的五分之一。 （3）该实验可推论出氮气物理性质_____________________和化学性质__________________。 （4）若将红磷换成铁丝，该实验能否获得成功？为什么？_________________________。 （5）该同学思考后，在原实验（图I）的基础上进行了大胆改进，设计图Ⅱ实验方案进行（选用容积为40mL的试管作反应容器），收到了良好的效果。请你对比分析上面图I、图Ⅱ实验，回答下列有关问题： ①图Ⅱ实验中（铁架台略去）的操作步骤如下： A.点燃酒精灯。 B.读取注射器活塞的数据。 C.撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹。 D.将少量红磷平装入试管中，将注射器活塞置于20mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管。 E.检查装置气密性。 你认为正确的实验操作顺序是（填字母序号）______________________________。 ②图Ⅱ实验中，注射器活塞将从20mL刻度处慢慢前移到约为_________mL刻度处才停止。 ③若不使用弹簧夹，开始时活塞位置如图所示，用酒精灯加热红磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却，活塞前沿最终停止在约_________mL刻度线上。 ④对照图I实验，你认为图Ⅱ实验有何优点（回答一点即可）________________________。 9、用下列装置测定空气中氧气的体积分数。 【实验一】拉瓦锡用定量的方法研究空气的成分(如图1)该实验中选用汞的优点是_______。 A.实验过程中没有污染 B.能将密闭装置内空气中的氧气几乎耗尽 B.实验仪器易得到 D.反应不需要条件 【实验二】用红磷测定空气中的氧气含量(如图2)。 ①红磷燃烧的化学式表达式_____________________。该实验得到的结论是：_____________。该实验中不能用硫代替红磷得的原因是_________________________________。 ②若实验前未关闭弹簧夹，实验过程中除了看到红磷燃烧可能会出现哪些现象__________。(答一点即可) 【实验三】为了帮助同学们更好地理解空气中氧气含量测定的实验原理，老师利用传感器技术实时测定了实验装置(如图3)内的气体压强、温度和氧气浓度，它们随时间的变化曲线如图4所示。 ①其中Y表示的是___________________变化的曲线。 ②结合X、Y两条曲线，分析图3中BC段压强增大的原因________________________。 ③实验中测得氧气的含量小于理论值的原因可能是_____________________________。 【实验四】实验资料表明，当氧气的体积分数低于7%时红磷就无法继续燃烧因此通过上述实验测得结果与理论值误差较大。继续对实验进行改进。 【在阅资料】四硫化钠(Na2S4)水溶液能与氧气发生反应： 【实验过程】 用图5所示的装置进行实验，测量试管塞紧橡皮塞后容积为50mL： 检验气密性后，关闭止水夹，打开橡皮塞，向试管中加入足量的四硫化钠，再向试管中加水形成10mL溶液，迅速塞紧橡皮塞，充分振荡试管。 ①实验中充分振荡的目的是_____________________________。 ②打开止水夹，理论上到吸入试管的体积约为___________mL。 ③改进后的实验比实验二测量结果更准确的原因是(答一点即可)_______________________。 10、某化学兴趣小组对课本实验“测定空气中氧气的含量”，实验完毕后集气瓶中是否还含有氧气产生质疑，于是同学们设计了如图1装置来探究磷在空气中燃烧后氧气浓度的变化情况。 【提出问题】足量红磷在密闭的四颈平底瓶内燃烧熄火后，容器中是否有氧气剩余？ 【作出猜想】猜想①：有氧气剩余； 猜想②：无氧气剩余。 【实验验证】该小组同学按图1组装好实验装置，利用高能激光笔照射燃烧匙上的红磷，红磷燃烧直至熄灭，待装置完全冷却后，将装有白磷的燃烧是提出水面，再次用高能激光笔照射，白磷居然也被点燃。 （1）写出磷燃烧的化学方程式_______________________________。 （2）根据上述实验现象，得出的结论是： 猜想_________正确。 （3）课本上用红磷燃烧的方法_______（填“能”或“不能”）精确地测定空气中氧气的含量。 （4）图1装置中水的作用是__________________________________。 【拓展延伸】 图2是该小组同学从开始实验到最后装置冷却的整个实验过程中，用传感器测量容器内氧气浓度变化的曲线图。 （5）图2中________________（填“A、B、C、D、E”） 点时红磷燃烧熄灭。 （6）图2中CD段气压增大的主要原因是______________________________。 【反思与评价】 （7）兴趣小组分析对比曲线BC段和DE段，气压减小的的主要原因是______________，并且得出了“不同物质燃烧，需要的氧气浓度不一样”的结论。同学们由此联想到课本上的一个实验：______________________（填物质名称） 在空气中不能点燃，但在氧气中能点燃并剧烈燃烧，写出化学方程式_____________________________________________。 11、人类对空气成分的探究经历了艰辛的过程。 （1）18世纪拉瓦锡为研究空气成分，用如图1所示装置持续加热12天，直到曲颈甑中红色粉末不再增加，图2是仿照拉瓦锡钟罩实验原理设计的装置。 ①红色粉末氧化汞的化学式是____________________________。 ②图2实验时，红磷燃烧的符号表达式是___________________________。如果没有弹簧夹，实验结果会________（填“偏大”“偏小”或“不变”），原因是______________________________。 （2）现代利用数字化技术对“空气中氧气体积分数的测定”进行了再探究（如图3），得到的数据曲线如图4所示。 ①实验前集气瓶中的水为10mL，若集气瓶的容积为100mL（燃烧匙、红磷所占体积忽略不计），实验结束后理论上集气瓶中水的体积约为________mL。 ②图4中X曲线表示的是________（填“温度”或“氧气浓度”）变化曲线。 ③图4压强曲线中，BC 段气压变化的原因是_____________________________；CD段气压变化的原因是__________________；导致DE段气压变化的实验操作是_______________。 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$