有关空气成分的测定实验例析

                             山东济南 曲文静

    空气中氧气含量的测定是利用氧气易跟其他物质发生反应的性质，在密闭容器中燃烧某种物质，使其中的氧气被消耗掉，根据气体体积的变化判断氧气的含量。因此，确保这类实验成功的关键是：①所选用的物质须是可以与氧气发生反应而不和空气中的其它成分发生反应的物质；②所选用的物质须为固体；③生成物应为固体，或者生成的气体极易溶于水或能被某种液体吸收；④装置的气密性要好；⑤所选物质须足量，以保证装置内氧气被完全消耗掉；⑥实验结束时，须等到装置冷却至室温再开始读数。下面介绍两种测定空气中氧气含量的实验方法。

一、利用加热密闭容器内的物质消耗氧气测定空气中氧气的含量

[测定原理]利用某些物质在加热的条件下能与氧气反应的性质，消耗密闭容器内的氧气，容器内气体减少的量即是氧气的量。

例1．小红和小明分别用如图所示的装置测定空气中氧气的含量，硬质玻璃管内装有细铜丝，且两个注射器组成的密闭系统内留有30 mL室温下的空气。                        

   

[问题]1．如果他们的实验很成功，出现的现象是：

细铜丝由________色变为________色，冷却后，密闭

容器内气体的体积约为_________mL。

2．小红在做实验时，发现橡皮管被烤焦了，请你

帮他分析一下原因__________________________ 。

3．小明发现自己测出的氧气的体积分数偏小，请你帮他分析一下原因。

[解析]本实验是利用加热细铜丝消耗密闭容器内的氧气而不产生新的气体，冷却后，密闭容器体积减少的量即为氧气的体积。由于氧气的体积约占空气体积的1/5，原有空气30 mL，氧气约为6 mL，剩余24 mL。此实验一定要使容器内所有的氧气都参加反应，并且装置不漏气，硬质玻璃管要冷却到室温，否则实验结果会偏小。

[答案]1. 红；黑；24   2.硬质玻璃管太短、太细    3.①细铜丝的量不足；②装置的气密性不好；③加热的时间较短、温度较低；④装置未冷却就读数；⑤未将气体推至一只注射器，只读了一只中的数值。

二、利用可燃物燃烧消耗氧气测定空气中氧气的含量

[测定原理]利用物质燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内气体的压强减小，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。

例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：

（1）实验过程中，观察到的主要现象是                   ，               。

（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）

   [解析]解答此类题目应注意可燃物的选择应满足：（1）该物质在空气中可以燃烧且只与空气中的氧气反应；（2）燃烧后不能有气体生成或生成的气体可以完全溶于实验所用的液体；（3）所选可燃物必须足量。

[答案] （1）红磷燃烧生成大量白烟       进入集气瓶中的水约占其体积的1/5

（2）瓶塞未塞紧，造成装置漏气；  红磷不足；  集气瓶未冷却至室温就打开铁夹

（3）不能，木炭燃烧生成的CO₂与消耗的氧气体积相等，使燃烧前后集气瓶内压强不变。

（4）在集气瓶内壁上预先注入少量氢氧化钠溶液；或在瓶塞上插入吸有NaOH溶液的胶头滴管，在打开铁夹前，将胶头滴管中的NaOH溶液注入集气瓶中。

同步练习

1．某同学用下图所示的装置粗略地测定空气中氧气的体积分数。图中烧杯上方玻璃管（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常温下的空气和白磷，已知当温度达到４０℃时白磷能够在空气中燃烧。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。

（ 1 ）向烧杯内加入适量水，与生石灰反应的目的是 _____________ 。

（ 2 ）可观察到玻璃管内开始发生的现象为：①白磷（足量） _____________ ；②活塞向（填左、右） _____________ 移动。

（ 3 ）实验结束，恢复至常温，活塞应停在约 _____________cm 处，据此可得出的结论是 _____________ 。

第1题图                                  第2题图

2.如图所示，将一端螺旋状的铜丝封在试管内用酒精灯加热足够的时间。

（1）未加热时，铜丝呈____色，加热一段时间后呈___色，反应的文字表达式        。

（2）停止加热。冷却到室温打开止水夹，烧杯内的水会________，大约达到试管体积的_______为止。

（3）此实验说明，试管内含有______，大约占________,剩余气体中若放一小虫，小虫会___________，这是因为_____________________________________。