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第九章水和空气
空气的组成
【例1】(2022·温州)小明认为教室内空气中氧气含量比室外低,于是想用红磷测定教室内
空气中氧气的体积分数。老师告诉他,足量的红磷燃烧并不能耗尽空气中的氧气,并建
议用一氧化氨气体代替红磷进行实验。
在老师的指导下,小明进行如图所示实验:用注射器获取V1毫升教室内空气,通过导管
缓缓地全部推入量筒,与量筒内足量的V2毫升一氧化氨气体混合,待充分反应后,读出
量筒中剩余气体体积为V3毫升。
说明:①V1、V2、V3都是在与教室气温、气压相同的
注射器
状态下测得。
氧化氮
②一氧化氮难溶于水,也不与水反应。
活塞教室内空气
③同温同压下,在氢氧化钠溶液参与下,4体积一
氢氧化钠溶液
氧化氮与3体积氧气恰好完全反应,且产物能完全被溶液吸收。
(1)小明用气密性良好的注射器获取V1毫升教室内空气的具体操作是
(2)实验测得教室内空气中氧气的体积分数为
。(用V1、V2、V3表示)
(3)小明提出,注射器内的教室内空气中的二氧化碳会被氢氧化钠溶液吸收,从而影响
实验结果。但老师指出,相比空气中的氧气含量,二氧化碳对实验结果的影响属于“次
要因素”,不是“主要因素”,可忽略不计。还有许多科学实验中存在“主要因素”和“次要
因素”,请举一例并指明次要因素。
河:知识点睛这是一个测定空气中氧气体积分数的创新实验。与教材中用红磷燃烧测定
空气中氧气含量的实验不同,利用一氧化氮与氧气反应,在计算氧气的消耗量时,气体
减少量中不仅有氧气,也有与氧气反应的一氧化氨,可利用比例求解。
【例2】(2021·丽水)建构合理的思维模型,既能促进深度学习,又能提高思维品质。小科建
构了“两组分混合物含量测定”的思维模型:
分离转移
两组分混合物
性质差异
测定含量
反应转化
运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究:忽略含量很低的其
他物质,空气可以看成由氮气和氧气组成的两组分混合物。
燃烧匙
止水夹
注射器
铜粉
球
足量
红磷
水
甲
乙
【探究一】根据沸点低的组分先汽化的性质,测定混合物中某组分的含量。
(1)将空气转变为液态空气,液氨先汽化。从建模角度分析,该操作属于上述思维模型
中的
【探究二】根据混合物中某组分发生化学反应,测定混合物中该组分的含量。
(2)按图甲装置测定空气中氧气含量时,止水夹最合理的打开时间是
(选填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”)。
【交流评价】
(3)已知:在氧气不充足时,碳与氧气反应生成一氧化碳,一氧化碳不溶于水且不与碱反
应。小科用足量木炭替换红磷,等体积氢氧化钠浓溶液替换集气瓶中的水,规范操作
后,测得的氧气含量将
(选填“偏大”“偏小”或“不变”)。
【继续探究】
(4)运用上述思维模型,小科又设计了图乙的实验装置,其“测定空气中氧气含量”的原
理是
河知识点睛测定空气中氧气含量实验中,反应物需要满足:①与氧气反应但不与氨气等
其他空气中的成分反应。②产物不是气体(利用NOH溶液能够吸收CO2与SO2的性
质,也可用木炭和硫进行实验)。
【例3】(2023·杭州)小金利用如图甲所示装置(气密性良好)和试剂测定空气中氧气含量,
集气瓶中空气的体积为200L,氧气传感器测得集气瓶内氧气体积分数随时间的变化
曲线如图乙所示。
粗铜丝
止水夹
个氧气体积分数%
20
水
氧气传感器
15
量白磷
8.6
5
0
20406080100120140时间/s
甲
乙
(1)实验开始时,用酒精灯加热粗铜丝,其目的是
(2)反应开始到止水夹打开前,集气瓶内可观察到的现象是
(3)小金提出“倒吸入集气瓶中水的体积除以200L等于空气中氧气的含量”。据图乙
分析,此说法
(选填“正确”或“错误”),说明理由:
逾知识点睛白磷(红磷)燃烧实验实际上很难将空气中的氧气完全耗尽,因为当氧气浓
度低至某一限度时,燃烧会停止,因此最终测得的空气中氧气含量将会偏小。
【变式1】(2020·舟山)为提高测定空气中氧气含量实验的精确度,科学兴趣小组对课本中
的实验进行了创新改进。
【实验步骤】
①取一根玻璃管,用橡皮塞将一端密封。
②将食品脱氧剂粉末迅速装人玻璃管,立即向管口注入一滴水将玻璃管密封,水滴的下
端标为A。弹动玻璃管使脱氧剂粉末分布均匀且紧密,脱氧剂粉末的上端标为O,如图
甲所示。
③水平滚动玻璃管,使食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中,静置至水滴不再移动时,水滴
的右端标为B,如图乙所示。
④用刻度尺测量出AO段和AB段的长度,并计算出AB与AO的比值,将数据记录在
表格中。
⑤洗涤、干燥实验装置,重复上述实验。
水滴H
实验次数
AO/mm
AB/mm
AB:AO
玻璃管
1
523.5
109.5
0.2092
2
525.5
110.0
食品脱氧剂
0.2093
橡皮塞
3
527.0
110.5
0.2097
水滴食品脱氧剂
分
乙
【实验结论】根据表格中的实验数据,可知空气中氧气含量为
(用百分数表示)
【思考讨论】
①实验步骤③中,将食品脱氧剂粉末平铺在玻璃管中的目的是
②实验步骤②中,如果玻璃管内的食品脱氧剂粉末分布不够紧密,会使实验结果偏大,
其原因是
②拓展思考在测量时,为何要水平放置玻璃管?