氧气相关实验探究
考点一、测定空气中氧气含量。
考点二、氧气制取、检验与收集，探究性质。
氧气相关实验探究
氧气相关实验探究
考点一、测定空气中氧气含量
考点二、氧气制取、检验与收集，探究性质
考点一、测定空气中氧气含量
1．空气、水是人类赖以生存的自然资源。测定空气中氧气体积分数的实验装置如图所示。在集气瓶内加入少量的水，并五等分水面以上的容积，做上记号。用弹簧夹夹紧乳胶管。点燃燃烧匙内足量的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。
(1)写出红磷在空气中燃烧的文字表达式：____________________。
(2)待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察到烧杯中的水进入集气瓶，瓶内水面最终上升至约1刻度处。由此可知氧气约占空气体积的_______________。
(3)红磷熄灭后，集气瓶内剩下的气体主要是_______，该气体_______（填“支持”或“不支持”）燃烧。
(1)磷+氧气点燃五氧化二磷
(2)1/5
(3)氮气；不支持。
解析
(1)红磷能够与空气中的氧气发生化学反应，发生反应的文字表达式为：磷+氧气点燃五氧化二磷；
(2)进行实验时，由于密闭容器空气中的氧气被耗尽，导致密闭容器中的压强减小，水在外界大气压的作用下进入集气瓶，故进入集气瓶中水的体积即为空气中氧气的体积；
(3)空气的成分以氮气和氧气为主，红磷熄灭后，密闭容器中剩余的气体主要是氮气，氮气化学性质稳定，不燃烧也不支持燃烧。
2．在“空气中氧气含量的测定”实验探究中，甲生设计了如下实验方案：在燃烧匙内盛过量红磷，点燃后立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞，待红磷火焰熄灭，集气瓶冷却至室温，打开铁夹，水注入集气瓶。（实验装置如图所示）回答下列问题：
（1）实验过程中，观察到的主要现象是，。反应的化学方程式是。
（2）乙生用上述实验装置测定的结果是：空气中氧气含量与正常值有较明显的偏差，其操作上的原因可能是（要求答出两种）：，。
（3）丙生也设计了一个实验方案，装置和操作同上，只不过用木炭代替了红磷。当木炭停止燃烧，集气瓶冷却至室温，打开铁夹后，水能否进入集气瓶？为什么？
。
（4）若仍然用木炭代替红磷，丙生的实验方案应作何改进，才能保证实验成功？（只需答出实验方案中须改进的地方）。
（1）产生大量白烟进入集气瓶中的水约占其集气瓶容积的1/5；4P+5O2点燃2P2O5
（2）瓶塞未塞紧，造成装置漏气红磷用量不足集气瓶未冷却至室温就打开止水夹
（3）不能木炭燃烧生成的CO2使集气瓶内的压强基本不变
（4）在集气瓶内壁上沾一些浓的氢氧化钠溶液或在瓶塞上插入吸有NaOH溶液的胶头滴管；在打开弹簧夹前，将胶头滴管中的NaOH溶液注入集气瓶中或先在集气瓶内装适量浓的氢氧化钠溶液，再把集气瓶内的气体分成五等分。
3.化学是以实验为基础的科学，实验是科学探究的重要手段。小明采用如图所示的甲、乙实验装置（装置气密性均良好），测定空气中氧气体积分数。实验过程如下：
(1)小明同学先利用甲装置测定空气里氧气的含量。他先在燃烧匙中放入足量的红磷，塞紧橡胶塞，利用凸透镜的聚光作用，使燃烧匙中的红磷燃烧；燃烧停止后，燃烧匙里仍有红磷。请你解释实验使用过量红磷的原因：___________________。
(2)小明同学又利用乙装置测定空气中氧气含量，测定结果低于1/5。可能的原因有__________________。
(3)写出用甲装置比用乙装置完成空气中氧气含量测定的一个优点：___________________________。
(1)将氧气完全耗尽
(2)装置漏气（或红磷不足量等）
(3)避免了乙装置中由于伸人燃烧匙时空气逸出对实验结果的影响（答案合理即可）
(1)在燃烧匙中放入足量的红磷，目的是将密闭装置内的氧气耗尽。
(2)若装置漏气，装置冷却时会因装置内气压减小而使外界空气进入，导致进入装置中水的总量偏少；若红磷量不足，会导致密闭装置中的氧气不能够被完全消耗，也会导致进入装置中水的总量偏小，以上原因都会导致测得空气中氧气含量低于1/5。
(3)由于乙装置所示实验是在将红磷引燃后伸入集气瓶中，在将燃烧匙伸人集气瓶时会导致空气逸出，影响测定结果，用甲装置则避免了该问题，使实验测定结果更准确。
4．某研究性学习小组设计了如图2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50cm3、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是带刻度的敞口玻璃管(其他辅助装置略)。他们的操作过程如下：
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)往操作d结束时，装置A中液面的刻度约为___________cm(填整数)。如果在操作d结束时，装置A中液面刻度在11cm处．则实验结果比理论值_________(填“偏大”或“偏小”)。
(4)该小组中有同学提出，用木炭代替铜粉也能测定空气中氧气的体积分数．只要将水换成一种溶液，则该溶液是_____________，其原因是(用化学方程式表示)___________________________。
（1）往B中加水，使A、B液面保持水平，盖紧A的密封盖，再向B中加水，使B中的液面高于A，一段时间后B中液面不下降，则气密性好。（或往B中加水，使A、B液面保持水平，盖紧A的密封盖，在用手捂住A的外壁，B中液面上升，则气密性好。）
（2）B；（C中的铁粉因接触面积变大，在加热情况下会与氧气反应）；
（3）12；偏大。
（4）NaOH；2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O。
5．某化学兴趣小组对教材中“测定空气里氧气含量”的实验（见图左）进行了大胆改进，设计图右）（选用容积为45mL的18×mm的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果。请你对比分析下面图左、图右实验，回答下列有关问题：
（1）指出实验中A、B仪器的名称：A__________、B_________。
（2）图左实验中发生反应的化学方程式为_____________。
（3）图右实验的操作步骤如下：
①点燃酒精灯。
②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹。
③将少量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图12中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管。
④读取注射器活塞的数据。
你认为正确的实验操作顺序是______（填序号）。
（4）图右实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为_______mL刻度处才停止。
（5）对照图右实验，你认为图11实验有何不足之处？（回答一点即_________。
（1）集气瓶；烧杯；
（2）4P+5O2点燃2P2O5
（3）③①②④；
（4）1；
（5）易造成实验误差（或污染环境）
6．某同学做了如图左、图右所示实验（装置不漏气，白磷达40℃燃烧）。
(1)写出图左A中试管内发生反应的现象____________。
(2)待试管冷却至室温，在水中取下胶塞，试管中液面上升（如图左B所示）。请用理化知识解释试管中液面上升的原因：______________。
(3)通过图左所示实验，你可得出的结论是__________。
(4)用图右实验测定空气中氧气含量低于1/5的原因可能有______、______（不考虑白磷及胶塞占试管的容积）。
(5)写出用图左所示装置比用图右所示装置完成空气中氧气含量测定的一个优点：_______。
(1)白磷剧烈燃烧，产生大量的白烟，放出大量的热。
(2)试管内气体减少，气压减小。
(3)氧气约占空气体积的1/5。
(4)装置漏气；红磷量不足（答案合理即可）。
(5)避免了由于伸入燃烧匙时空气逸出对实验结果的影响（答案合理即可）。
解析
(1)A中试管内的白磷剧烈燃烧，产生大量的白烟，放出大量的热。
(2)由于白磷燃烧消耗了试管中的氧气，导致试管内气体减少，气体压强减小，因此待试管冷却至室温，在水中取下胶塞后，试管中液面上升。
(3)由进入试管中水的体积约占试管总体积的1/5，可得出氧气约占空气体积的1/5的结论。
(4)若装置漏气，装置冷却时会因装置内气压减小而使外界空气进入，可能导致进入集气瓶中水的量偏少；若红磷量不足，会导致密闭装置中的氧气不能够被完全消耗，也会导致进入装置中水的量偏少，以上原因都会导致测得空气中氧气含量低于1/5。
7.空气中氧气含量测定的再认识。
图是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。
(1)写出红磷燃烧的化学方程式。
(2)实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内__________减小，烧杯中水倒吸到集气瓶。若装置的气密性良好，操作规范，用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量。
有实验资料表明：燃烧过程中当氧气体积分数低于7%时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大。
Ⅰ．铁生锈原理：铁与氧气、水作用生成铁锈。根据铁在空气中生锈的原理设计图实验装置，再次测定空气中氧气含量。装置中饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈。
Ⅱ．测得实验数据如表4
(1)铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁
写出该反应的文字表达式__________。
(2)根据表4数据计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是_________(计算结果精确到0.1%)。
测量项目
实验前
实验后
烧杯中水的体积
烧杯中剩余水的体积
集气瓶（扣除内容物）和导管的容积
体积/ml
80.0
54.5
.0
(3)从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是：
①___________；
②____________。
⑴略
⑵气压
⑴铁+氧气+水→氢氧化亚铁
⑵20.2%
⑶
①能使集气瓶中的氧气消耗更彻底。
②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积。
8.许多科学发现从重视微小差异开始。科学家瑞利和拉姆塞正是重视氮气密度的微小差异，才最终发现了稀有气体氩气。
材料一：年瑞利发现，在相同条件下，由空气中除去氧气、二氧化碳、水蒸气和灰尘后获得的氮气，其密度为1.克／升；由含氮化合物反应并除去水蒸气后获得的氮气（NH4NO3▲N2↑+2H2O），其密度为1.克／升。两者密度差值虽小，却完全超出了实验误差范围。
材料二：年4月瑞利和拉姆塞开始用图3-1-25所示装置进行“清除空气中氮气”的实验研究：在倒立的圆底烧瓶内引入两根金属导线，通电使瓶中空气里的氧气和氮气生成氮的氧化物，用碱液来吸收生成的氮的氧化物和原有的二氧化碳气体。并从气体进口不断向瓶内补充氧气，使反应持续进行。
材料三：瑞利和拉姆塞又设计了另一实验装置，将上述实验所得的气体干燥后，通过红热的铜粉来除去其中的氧气，得到少量的剩余气体，对剩余气体做光谱分析得知，这是一种未知的气体，并测得其密度约是氮气的1.5倍。年8月13日他们共同宣布：发现了一种未知气体，并命名为氩气。
材料四：年拉姆塞等人利用不同的物质沸点不同，又发现了氪气、氖气、氙气。
根据上述材料，回答下列问题：
(1)与纯净氮气密度值更接近的是由_________获得的氮气密度值（填“空气中”或“含氮化合物反应”）；
(2)实验中不断向瓶内补充氧气的目的是______________；
(3)在当时实验条件下，很难利用化学反应除去氩气，获知“未知气体”中还有其他气体存在，其理由是________。
(1)含氮化合物反应；
(2)使瓶内氮气反应完全；
(3)氩气化学性质很不活泼，“未知气体”中的其他气体的化学性质与氩气相近；
解析
(1)由空气中除去氧气、二氧化碳、水蒸气和灰尘后获得的氮气不纯，含有稀有气体等气体，其密度与纯净氮气的密度值有差异，由含氮化合物反应获得的氮气相对纯净一些，因此纯净氮气密度值更接近由含氮化合物反应获得的氮气的密度值；
(2)实验中不断向瓶内补充氧气的目的是使瓶内氮气反应完全。
考点二、氧气制取、检验与收集，探究性质
9．某同学用如图所示的装置和药品，制取并收集氧气。
请回答下列问题：
(1)装置中标注①的仪器名称是________。
(2)装置中二氧化锰的作用是________________。
(3)图中发生反应的文字表达式为________________。
(4)连接好装置后，必须首先检查装置的________________。收集氧气还可以采用________________法。
(1)分液漏斗；
(2)催化作用；
(3)过氧化氢二氧化锰水+氧气；
(4)气密性；向上排空气；
解析
(1)①的仪器名称是分液漏斗；
(2)在反应过程中二氧化锰起催化作用；
(3)过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解的文字表达式为过氧化氢二氧化锰水+氧气；
(4)连接好装置后，必须先检查装置的气密性；因为氧气的密度比空气大，因此可以用向上排空气法收集。
10.如下图是实验室制取气体的常用装置。请回答：
（1）仪器a名称是，A装置中的集气装置只能收集密度比空气的气体。
（2）过氧化氢制取氧气的文字表达式是；反应中，二氧化锰起作用，加快了过氧化氢的分解。
（3）用A或B装置制备气体的反应应该是和液体不需要加热的反应。
（1）长颈漏斗；大；
（2）过氧化氢MnO2水＋氧气；催化；
（3）固体（或液体）；
11.下图是实验室制取氧气的两种装置，请回答下列问题。
（1）写出高锰酸钾制取氧气反应的文字表达式。
（2）甲装置试管中棉花的作用是。
（3）用乙装置制取氧气选用的药品是和。
（1）高锰酸钾加热锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
（2）防止加热时高锰酸钾粉末进入导管 （3）过氧化氢；二氧化锰
12．某同学在实验室用以下装置制备氧气并探究氧气的性质。
(1)该同学制备氧气时应选用的药品是__________（限选：H2O2溶液、MnO2、KMnO4），生成氧气的文字表达式为_________。
(2)下列制取和收集氧气的操作错误的是________（填字母）。
A．将药品用纸槽装入试管中
B．将导管口伸入盛满水的集气瓶里，然后加热，立即收集氧气
C．等到气泡连续且均匀放出时，再将导管口移人集气瓶
D．待集气瓶充满氧气，在水下盖好玻璃片后，再移出水面
E．收集完成后，先把导管移出水面，再熄灭酒精灯
F．收集完成后，先熄灭酒精灯，再将导管移出水面
(3)收集完成后，该同学发现水槽中的水变成浅紫红色，产生该现象的原因可能是______。
(4)该同学用燃烧匙放少量红磷，加热直到红磷燃烧，把盛有燃着的红磷的燃烧匙伸进充满氧气的集气瓶里，观察红磷在氧气中燃烧的现象是__________，红磷分别在空气里和氧气里燃烧的现象不同，说明燃烧反应的剧烈程度与________有关。
(1)KMn04；高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气；
(2)BF
(3)试管口没有放一团棉花，导致高锰酸钾粉末沿导气管进入水槽；
(4)比在空气中燃烧更剧烈，产生浓厚白烟氧气的浓度；
(1)题图中发生装置适用于加热固体制取氧气，因此选择的药品是高锰酸钾。
(2)装置中存在一定量的空气，因此必须在加热一段时间后，导管口有气泡连续且均匀冒出时，才能将导管口移入集气瓶收集氧气，B项错误；收集满氧气后，必须先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止因先熄灭酒精灯而导致试管中的气压变小，水槽中的水倒吸入试管，使试管炸裂，F项错误。
(3)加热高锰酸钾制取氧气时，应在试管口放一团棉花，以防高锰酸钾粉末随导管进入水槽。
(4)红磷在氧气中燃烧比在空气中燃烧更剧烈，产生浓厚白烟，这是因为氧气的浓度越高，物质的燃烧越剧烈。
13﹒如图所示，很多物质分解可以产生氧气。
（1）实验室常用①、②、③三个原理制取氧气。原料中氧元素质量分数最大的是②（选填①、②、③，下同），需要加热条件的是原理①、③，反应装置直接输出的气体中会混有水蒸气的是②；
（2）通过途径④获得氧气的同时，还会有氢气生成，消耗一定体积的水时，氧气与该气体的体积比为1:2
14．某同学在实验室用以下装置制备氧气并探究氧气的性质。
(1)夏天室温很高的时候，检验该装置气密性的合理方法是：将导管口放入水面下，然后______________，若导管口有气泡冒出，说明装置不漏气。
(2)添加药品，连接仪器，加热试管后导管口有气泡冒出，此时导管口还在集气瓶外面，接下来的操作正确的是_______（填字母）。
A．立刻将导管口移入集气瓶
B．等到气泡连续且均匀冒出时，再将导管口移入集气瓶
C．立即熄灭酒精灯，将导管口移入集气瓶后再点燃酒精灯
(3)该同学用坩埚钳夹取一小块木炭加热到发红后，伸进一瓶氧气中，观察到的现象是___________________。进一步证明木炭与氧气发生了化学反应的实验方法是____________________________。
(1)用酒精灯给试管微热；
(2)B(3)木炭剧烈燃烧，发出白光；向集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡，若澄清石灰水变浑浊，则说明发生了化学反应。
(1)由于夏天室温很高，用手捂试管现象不明显，故检验题给装置气密性的正确操作是：将导管口放入水面下，然后用酒精灯给试管微热，若导管口有气泡冒出，说明装置不漏气；
(2)用排水法收集气体时要等到气泡连续且均匀冒出时再进行收集，以防收集的气体不纯；
(3)木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出大量的热；进一步证明木炭与氧气发生了化学反应的实验方法是：向集气瓶中加入适量的澄清石灰水，振荡，若澄清石灰水变浑浊，则说明发生了化学反应。
15﹒图1是实验室制取氧气的一些装置，据图回答有关问题。（以下所选装置均填装置序号）
（1）写出指定仪器的名称：
①；
②；（本小题每空1分）
（2）若以高锰酸钾为原料，用C、D装置制取、收集氧气时，C装置中一处明显的错误是；实验结束时，应先；
（3）实验室在常温下用块状电石与水反应制取微溶于水的乙炔气体，该反应必须严格控制加水速度，以免剧烈反应放热引起发生装置炸裂。你认为图中最适合制取乙炔气体的发生装置是；如果用图2装置收集乙炔，气体应从（填“a”或“b”）端管口通入。
（1）试管；集气瓶；
（2）试管口没有放一团棉花；将导管移出水槽。
16.某校兴趣小组的同学想在实验室制取氧气，实验老师为他们准备了下列装置。
(1)写出仪器③、④的名称：③________；④________。
(2)兴趣小组的组员小明想用过氧化氢溶液制取与收集氧气，请你帮他选择实验装置：______（用字母表示）。
(3)图是兴趣小组组员小李对MnO2催化H2O2分解实验装置的创新设计。
首先，将一支球形干燥管水平放置，用滴管吸取3mL溶质质量分数为5%的H?O?溶液(密度为1g/mL)加入干燥管的球泡内，再用药匙取0.2gMnO?粉末，放在干燥管的进气管的管壁上。然后，用插有带火星的棒香的橡胶塞塞紧干燥管并将其竖立，观察现象。
①观察到带火星的棒香立即________。
②对该创新的评价，你认为不合理的是________。
A．实验使用的药品用量太大
B．实验中所用的仪器、材料及药品均易得到
C．反应速率太慢，耽误时间
D．实验现象明显，整个装置好似点燃的灯塔，趣味性强
(1)长颈漏斗；集气瓶；
(2)CE或CF；
(3)①复燃；②AC；
(1)③是长颈漏斗，④是集气瓶。
(2)实验室用二氧化锰催化过氧化氢分解制取氧气的反应在常温下就能进行，因此可选用C装置制备（A装置的长颈漏斗下端管口位于液面以上，会导致产生的气体从长颈漏斗逸出而收集不到氧气），氧气的密度比空气大且不易溶于水，因此可采用向上排空气法（E装置）或排水法（F装置）收集氧气。
(3)①二氧化锰和过氧化氢溶液混合立即释放出氧气，使带火星的棒香复燃。②题中实验所需药品的量较少，能够节约药品，A项错误；将塞紧的干燥管竖立后，带火星的棒香立即复燃，说明反应速率很快，C项错误；实验所需器材、药品易得，实验现象明显、趣味性强．B、D项正确。
17.小柯为了研究用向上排空气法和排水法收集的氧气浓度是否有差异，做了如下实验：加热高锰酸钾固体，分别用两种方法各收集三瓶氧气，并使用传感器测定收集到的氧气浓度，数据见下表。
收集方法
向上排空气法
排水法
氧气浓度／%
79.6
79.7
79.9
90.0
89.8
89.3
氧气平均浓度/%
79.7
89.7
(1)小柯用向上排空气法收集氧气时，以能使放置在集气瓶瓶口的带火星木条复燃为氧气集满的标准；用排水法收集氧气时，以观察到_________为氧气集满的标准。
(2)以上两种方法中，____________法收集到的氧气更纯净。
(3)向上排空气法收集到的氧气浓度只有80%左右的原因有______。
A．氧气的密度略大于空气的密度
B．加热高锰酸钾固体产生氧气的浓度只有80%左右
C．当观察到带火星木条复燃时，集气瓶内还有空气
D．当氧气进入集气瓶时，瓶内空气与进入的氧气相互扩散
(1)集气瓶口有气泡冒出或瓶中水排尽；
(2)排水；
(3)ACD；
(1)用排水法收集氧气时，当观察到集气瓶口有气泡冒出或观察到瓶中水被完全排尽时，表明氧气已集满；
(2)分析表格中的数据可知，用排水法收集到的氧气浓度更大，表明用排水法收集到的氧气更纯净；
(3)氧气的密度略大于空气的密度，当氧气进入集气瓶时，瓶内空气与进入的氧气相互扩散，不能将空气彻底排尽，故A、D项正确；用向上排空气法收集到的氧气平均浓度只有79.7%，因此当观察到带火星木条复燃时，集气瓶内仍有空气，C项正确。
18.利用图示仪器测量氧气体积，来测定高锰酸钾样品的纯度（杂质不参加反应），实验步骤如下：
(1)检查气密性：连好发生装置后，将导管口的下端浸入水中，_________。如果观察到导管口有气泡冒出，就证明装置不漏气。
(2)组装装置：连好的装置如图左所示，其中有一处明显错误，在不移动、不调整酒精灯的前提下，需要调节_________螺母（选填字母）改正错误。
(3)进行实验：采用正确的反应装置和图右所示的收集装置制取并收集气体，下列说法正确的是_________。
A．加热时间过短，会使测量结果不准
B．反应一段时间后，排出反应装置内原有的空气再连接图右装置收集气体，会使结果更准确
(1)用手紧握试管；
(2)A、B；
(3)A；
(1)组装好仪器后，将导管口的下端浸入水中，用手紧握试管，如果观察到导管口有气泡冒出，就证明装置不漏气；
(2)装置中试管口应略向下倾斜，要改正该错误需要调节A、B螺母；调整后试管距酒精灯位置太远，因此还需调节A螺母；C螺母夹在试管的中上部，调节C螺母不能调整试管口方向。
(3)若加热时间过短，高锰酸钾有可能没有完全分解；反应后试管和导管中会残留氧气，因此反应一段时间后再进行收集，会导致氧气的体积偏小。
周开军幸福靠奋斗成果靠拼搏
