空气中氧气含量

测定空气中氧气含量的几种常见装置

江苏省连云港市朐山中学 赵美荣

序号

装置

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实验操作

用凸透镜将太阳光聚焦到白磷，使白磷燃烧，一段时间后，白磷燃烧。

燃烧完毕，待冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中

的水倒吸进入瓶内。

闭合电源开关，电阻丝发热，温度达到40℃时白磷燃烧，产生大量白烟。

装置冷却后，由于左侧中氧气被消耗，气体压强减小，水会在左侧中上升，且上升到1刻度处。

先关闭弹簧夹a，将螺旋状的铜丝在酒精灯的灼烧后迅速插入大试管，接触试管底部的过量的白磷，然后立即塞紧橡皮塞。

由于白磷的着火点低，白磷燃烧，产生大量的白烟。

燃烧完毕，待冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸进入瓶内。

用水浴加热的办法使白磷燃烧，足以使白磷着火燃烧。

燃烧完毕，待冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中

的水倒吸进入瓶内。

在一封闭的试管内放一颗白磷，用酒精灯微微加热白磷，白磷燃烧，有大量白烟生成，注射器被推向外侧（右侧）。

待装置冷却，注射器逐渐向内侧（左侧）移动，根据注射器停止时的位置，确定空气中氧气的体积。

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在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷，用胶塞塞住，并推入到玻璃管中部，记下位置。

用酒精灯微微加热白磷，白磷燃烧，有大量白烟生成，胶塞被推向外侧（右侧）。

待装置冷却，胶塞逐渐向内侧（左侧）移动，根据胶塞停止时的位置，确定空气中氧气的体积。 用生石灰和水反应时放出的热量使白磷燃烧。

烧杯上方玻璃管(预先固定好)中部有一可左右滑动的活塞，活塞左端管内密封有空气，活塞右端的玻璃管口跟空气连通，实验开始前活塞处在刻

度5 cm处。

在一个耐热活塞的底部放一小块（足量）白磷，然后迅速将活塞下压，使空气内能增大，温度达

到40℃。

白磷燃烧，产生大量白烟，冷却至原来温度时，

松开手，活塞最终将回到刻度4处。

在一玻璃管的两端，通过橡皮塞装上两只注射器，玻璃管内装几团细的铜丝，把一个注射器内的空气体积调到50mL的位置，另一只注射器不留空气加热玻璃管的铜丝部位。

待铜丝被灼热后，把注射管缓慢地以2～3次/分的速度左右推动。

大约3～4min之后停止加热。待玻璃管冷却至室温后，注射器内空气减少。

在滴管中盛适量的氢氧化钠溶液。将燃着的硫粉迅速插入集气瓶内，硫粉燃烧，发出淡蓝色的火

焰。

燃烧完毕，待冷却至室温，打开弹簧夹，烧杯中的水倒吸进入瓶内。

探究空气中氧气的含量

亲爱的同学，很高兴与你见面了！老师要告诉你一个小秘密：在《我们周围的空气》单元里，“探究空气中氧气含量的实验”可重要啦！这不，近几年来在各省市中考试题中频繁出现。本文中的例3就是我出的一道中考题。遗憾的是，当年我市考生平均得分率只有41%！

现在，你一定很想知道，怎样才能掌握这一考点？老师告诉你，掌握这一考点有秘决：一是你要深入理解实验原理；二是你要有流畅的解题思路，找到解题的突破口。

深入理解实验原理

对于探究空气成分的实验，以下几点需要你认真研读，深入理解，这是你正确解答这类题目的基础。

【实验原理】

利用物质在密闭容器里燃烧或与氧气反应生成固体物质，把容器里空气中的氧气耗尽，根据气体体积的减少量来确定氧气的含量。

【实验药品】

能用来测定空气中氧气含量的物质必须是易与氧气反应且没有

气体生成的物质，如红磷（或白磷）

等。 不能用木炭、硫来代替红磷（或白磷）。木炭、硫燃烧的产物是气体，且消耗的氧气的体积恰好

等于生成的气体的体积，密闭体系内气体的压强几乎没有变化。

【实验装置】 如图1所示（当然，也可用其他合理装置）。

【实验步骤】

1．在集气瓶内加入少量水（用于溶解生成的五氧化二磷，同时吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降温），把集气瓶剩余容积划分为5等分，并做上记号。

2．用止水夹夹紧乳胶管。把燃烧匙内的红磷放在酒精灯火焰上点燃，立即伸入瓶中并把塞子塞紧。观察红磷燃烧时的现象。

3．待红磷熄灭并冷却后，打开止水夹，观察实验现象及水面的变化情况。

【实验现象】

红磷燃烧时发出黄白色火焰，同时放出热量，随着反应的进行，瓶内充满白烟。待集气瓶冷却到室温时，打开止水夹，烧杯中的水被吸进集气瓶中，进水的体积恰好近似于集气瓶中原空气体积的1/5。

【注意事项】

1．装置不能漏气。

2．红磷要过量，以保证瓶内的氧气耗完。

3．点燃红磷后要立即伸入集气瓶中，并塞紧塞子，不能使外界空气进入瓶内。

4．止水夹要夹紧，防止红磷燃烧时气体膨胀使瓶中气体从导管逸出。

5．等到集气瓶冷却到室温时再打开止水夹，防止瓶内气温高于外界气温，使进入瓶内的水减少

领悟解题思路

以上内容是你正确解题的基础。接下来，需要你积极领悟解题思路，寻找解题突破口。只有思路流畅，你才能在平时考试或中考中游刃有余。

总体思路：测定空气中氧气含量的方法有多种，但其原理只有一种，这就是利用足量的某物质与密闭容器里空气中的氧气充分反应，通过观察进水的体积或活塞移动的体积，来确定空气中氧气的含量。

例1 某同学设计了测定空气中氧气含量的实验，装置如图1所示。回答下列问题：

⑴红磷在集气瓶中燃烧的符号表达式为 。

⑵待燃烧停止，白烟消失并冷却后，打开止水夹，观察到进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5，你认为其原因可能是 、 。（填2点即可）

⑶如将红磷换成炭粉，实验能否成功？ （填“能”或“不能”）。原因是 。

思路分析

测定空气中氧气含量的物质，是容易与氧气反应且没有气体生成的物质。如红磷在密闭容器中燃烧，消耗了容器里的氧气， 生成了五氧化二磷固体。

木炭燃烧的产物是二氧化碳气体，木炭消耗氧气的体积与生成的二氧化碳气体的体积相同，密闭体系内气体的压强变化很小。

测定的氧气的含量小于实际含量，或是装置有问题，或是操作有问题。如装置漏气；红磷的量不足；止水夹未夹紧；装置未冷却到室温就开始读数等。

答案

⑴红磷+氧气

五氧化二磷

⑵装置漏气 红磷的量不足

⑶不能 炭粉虽然消耗了氧气，但燃烧生成的二氧化碳是气体，瓶内压强变化很小，水基本不能进入集气瓶中

例2 某课外活动小组的同学，用图2所示的装置粗略测定空气

中氧气的体积分数。该装置的气密性良好，活塞可左右滑动，实验前活塞处在刻度10cm处。已知白磷在空气中燃烧的最低温度为40℃。

回答下列问题：

⑴可观察到玻璃管内开始发生的现象是：白磷着火燃烧，活塞先向 移动（填“左”或“右”，下同），后向 移动。

⑵实验结束，恢复到常温后，活塞应停在约 （填整数）cm处。 思路分析

烧杯中的沸水使白磷的温度上升，当白磷的温度达到40℃时，白磷着火燃烧。白磷燃烧

时放出的热量使密闭容器中的气体受热膨胀，活塞右移；当膨胀的体积不及消耗的氧气的体积时，活塞左移。

由于空气中的氧气约占总体积的1/5，所以，待装置冷却至室温，活塞最后停在刻度约为8cm的位置上。

答案

⑴右 左 ⑵8

例3 某同学为测定空气里氧气的含量，设计了如图3所示的

实验装置。该同学在“金属梯”的每一步的凹处放置一颗用滤纸吸干水后的白磷，用放大镜会聚6V手电筒光于靠近水面的一步“金属梯”处的白磷上。

回答下列问题：

⑴一段时间后，可观察到的现象是_________________。

⑵“金属梯”的每一步上都放置一小颗白磷与只靠近水面的一步“金属梯”处放一大颗白磷相比，优点是______________________。

思路分析

放大镜会聚6V手电筒光，使金属梯最下端凹处的白磷的温度升高，白磷着火燃烧。白磷燃烧放出的热量，使金属梯上各步凹处的白磷由下往上依次燃烧。由于试管中的氧气逐渐减少，试管内气体的压强也逐渐减小，试管内的水位逐渐上升。当氧气全部耗尽时，水面不再上升。

金属梯上各步凹处放置一颗小白磷，可增大白磷与氧气的接触面积，尽可能多地消耗试管里的氧气。

答案

⑴白磷像“上楼梯”般依次燃烧，开始时冒白烟，燃烧快停止时在倒置试管的上部出现

黄烟。试管内的水位先下降，然后上升到一定位置后恒定不动

⑵尽可能多地消耗试管内的氧气

例4 铁能在潮湿的空气中与氧气反应生成铁锈，一位

同学应用上述反应原理测定空气中氧气的含量，他选用的仪器如图4所示。

回答下列问题：

⑴试管和铁丝球应该如何放置？

⑵实验中观察到什么现象？

⑶实验要进行一周左右的时间，才能观察到明显的现象，你知道时间较长的原因吗？

思路分析

在密闭容器内，细铁丝与潮湿空气中的氧气反应生成铁锈，使容器内的氧气耗尽，容器内气体压强小于容器外的大气压，水进入容器。

铁生锈的速度很慢，为了将试管中的氧气全部耗尽，需要较长的时间。

答案

⑴把细铁丝放在倒立着的试管里，将烧杯移至试管下方使试管

口浸没在水中，并用烧杯中的水液封

试管中的空气。（如图5所示）

⑵一段时间后，试管内液面上升，试管中铁丝生锈。

⑶铁生锈是一个缓慢氧化的过程，为了保证试管中的氧气能完全与铁丝反应，实验需要较长时间。

亲爱的同学，“测定空气中氧气的含量”的原理你已十分清楚了，解题思路也相当明晰了，如果在

平时考试或中考中遇到了这样一类题目，我相信你已成竹在胸了！

2011-08-01 人教

“氧气”考点聚焦

四川省通江县第二中学 母平昌

氧气知识是初中化学中应重点掌握的内容，也是中考化学命题的热点，本文将氧气知识考点梳理，并点击近年来各地有关氧气知识的考题进行例析。

考点一 空气中氧气含量的探究

[知识梳理]

1．探究空气中氧气含量实验

（1）实验装置

（2）实验现象：，铜丝由红色变成黑色，注射器内气体减少，减少的体积约占原气体体积的1/5。

（3）反应的文字表达式：

（

）

（4）结论：空气的组成不是单一的，氧气约占空气体积的1/5。

（5）实验注意事项：①装置气密性要良好；（2）铜丝要足量（前两条否则测出的气体体积减少量偏小）；③要交替缓慢推动两个注射器活塞（为了使细铜丝团与氧气充分接触）；④铜丝要弯成螺旋状（增大与氧气的接触面积）。

2．空气中氧气的体积分数大约是氧气21%；空气中氧气与氮气体积比约为21:78(或1:5)

[考题点击]

[例1]在“空气中氧气含量的测定”实验探究中，小明设计了如右图所示实验装置，集气瓶下端为开口（即没有瓶底），上端瓶口有一带有燃烧匙的橡皮塞，瓶上带有刻度线，把集气瓶离水面的位置与橡皮塞之间的容积分成五等份。实验时把点燃的红磷立即插入集气瓶内，塞紧橡皮塞。回答下列问题：

(1)如果不出现意外，实验中应观察到的主要的现象是 、 ；

化学反应的文字表达式是 ；

（2）关于空气中氧气含量的结论是 ，除此外还可以得到的结论是 ；

（3）小红所测氧气含量与小明的有较明显的偏差，导致偏差的原因可能有（要求答出两种） 。

解答:（1）红磷继续燃烧并生成大量白烟，一段时间后火焰熄灭集气瓶内水面上升，最后大约上升1/5刻度；红磷+氧气

五氧化二磷（2）氧气约占空气体积的1/5；剩余气体

难溶于水（或剩余气体不与水反应，不能燃烧，也不能支持燃烧）（3）红磷不足、容器内温度还未冷却至室温就读数（或者装置漏气）。

考点二 氧气的性质

[知识梳理]

1．氧气的物理性质:通常状况下，无色、无味的气体，不易溶于水，密度比空气略大，液态和固态氧是淡蓝色。

2．氧气的化学性质

氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有氧化性。

不同物质在氧气中燃烧的实验记录

实验名称

木炭在氧气中燃烧

实验现象 反应的表达式

剧烈燃烧，发出白光，放出热量，

二氧化碳 生成的无色气体能使澄清石灰水碳＋氧气

变浑浊。

C＋O2 =(点燃) CO2 发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成一种无色有刺激性气味的气体。

发出耀眼白光，放出热量，生成浓厚白烟

硫＋氧气

二氧化硫

硫在氧气中燃烧

S＋O2 =(点燃) SO2 磷＋氧气

五氧化二磷

磷在氧气中燃烧

4P＋5O2=(点燃)2P2O5

铁在氧气中燃烧

剧烈燃烧，火星四射，放出大量热，生成黑色固体

蜡烛在氧气中燃烧

注意：铁丝在氧气中燃烧实验中集气瓶中装少量水或铺一层细沙可以防止溅落下来的四氧化三铁把瓶底炸裂。

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[例2] 在一个集气瓶中充满了空气。现要除去其中的氧气，又不增加其他气体成分，可选用的可燃物是( )

A．木炭 B．一氧化碳 C．磷 D．硫

解答：选C。

[例3]下列有关氧气的说法不正确的是( )

A．木炭在氧气中能燃烧，说明氧气具有可燃性 B．氧气能使带火星的木条复燃

C．铁丝在氧气中燃烧时火星四射，放出大量的热 D．动植物的新陈代谢、金属器皿的锈蚀等变化过程都需要氧气的参与

解答：选A。

考点三 氧气的实验室制法

[知识梳理]

火焰十分明亮，发出白光，放出热量，瓶壁有水珠生成，有能使澄清石灰水变浑浊的无色气体生成

铁＋氧气

四氧化三铁

3Fe＋2O2=(点燃) Fe3O4 石蜡＋氧气＋水

二氧化碳

1．药品及反应原理

(1)双氧水和二氧化锰 2H2O2=(MnO2)2H2O+O2↑

(2)高锰酸钾 2KMnO4=(加热)K2MnO4+MnO2+O2↑

2．气体发生及收集装置

3．实验操作步骤:①组装仪器；②检查装置的气密性；③装药品；④加热（用H2O2制氧不用加热）；⑤收集氧气；⑥撤导气管；⑦熄灭酒精灯

4．实验注意事项 ①加热高锰酸钾时，试管的口部比底部略低，防止湿存水倒流致使试管炸裂；试管口放置蓬松的棉花团,防止高锰酸钾粉末随氧气流入导气管中而导致堵塞；②用高锰酸钾制氧实验结束时，应先撤导气管，再移酒精灯，防止水槽里的水倒流入试管中致使试管炸裂；③导气管口离橡皮塞1～2mm，有利于气体导出。

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[例4]以下是实验室制取气体常用的化学仪器。

请回答以下问题：

（1）写出仪器F的名称： ；

（2）写出实验室用双氧水和二氧化锰制取氧气的化学方程式： ；制取大量氧气并用排水法收集时最好选用上述哪些仪器： （填字母）；

（3）若按正确组装的装置经过较长时间仍没有收集满一瓶气体，请分析可能的

原因_____________________（写一条即可）

（4）做铁丝在氧气中的燃烧实验时，在集气瓶底部加少量水的目的是：

；

（5）实验室通常用如右图所示的洗气装置对氧气进行干燥，里面填装的药品可以是： （填字母）。

A．浓硫酸 B．氢氧化钠溶液

C．生石灰 D．氯化钠固体

解答：（1）铁架台 ；（2）2H2O22H2O+O2↑； ACDEG或BCDEFG

（3）装置漏气（或药品不足量）；（4）防止生成的高温熔融物炸裂集气瓶 ；(5)AC。

考点四 氧气的检验

[知识梳理]

检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃证明该气体是氧气。

验满：用带火星的木条放到瓶口，若木条复燃表明氧气已收集满。

[考题点击]

[例5]老师拿出两瓶无标签的试剂，分别是固体和液体，各取少量在试管中混合，立即产生一种无色气体，如果猜想该气体是氧气，请设计验证它的实验方案：

实验步骤

现象及结论

（2）想制取该气体，选用的发生装置可选取下图中的 ，收集装置为 。

解答：（1）

实验步骤

将带火星的木条伸入集

气瓶

（2）B C或E

考点五 氧气的用途

[知识梳理]

1．支持燃烧；2．供给呼吸。

[考题点击]

[例6] 为纪念人类成功攀登珠穆朗玛峰50周年，中国登山协会业余登山队于2003年5月21日再次登顶成功。登山队准备的物品之一是氧气瓶，此时氧气的作用是_________。氧气与体内的葡萄糖(C6H12O6)发生反应，提供人体所需要的能量，写出该反应的化学方程式：

_______________________________。燃料燃烧也需要氧气，这是利用了氧气_______的性质。

解答：供给呼吸。C6H12O6+6O2=6CO2+6H2O。支持燃烧。

现象及结论 木条复燃，证明气体是氧气