第2章 拓展2：空气中氧气含量的测定.docx

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2空气

2.2.2拓展——空气中氧气含量的测定

二百多年前，法国科学家拉瓦锡通过实验得出了空气是由氧气和氮气组成，其中氧气约占空气总体积eq\f(1,5)的结论。

空气中氧气含量的测定

1、测定原理

（1）物理原理：

利用燃烧法测定空气中氧气的含量的原理是利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，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。

（2）化学原理：

文字表达式：磷+氧气五氧化二磷

化学方程式：4P+5O2eq\o\ac(\s\up7(点燃),\o(===,====))2P2O5

2、实验装置

（1）仪器：集气瓶、燃烧匙、导管、烧杯、橡胶管、弹簧夹。

（2）药品：红磷、水。

3、实验步骤

（1）先在集气瓶内加入少量水，并做上记号。

（2）连接装置。

（3）检查装置的气密性。

（4）用弹簧夹夹紧橡胶管。

（5）点燃红磷，迅速伸入集气瓶内。

（6）燃烧结束冷却至室温后，打开弹簧夹。

4、实验现象

（1）红磷燃烧现象

红磷在集气瓶内燃烧，放出热量，生成大量白烟(五氧化二磷小颗粒)。

（2）打开止水夹时现象

冷却后，打开弹簧夹，水经导管进入集气瓶，进入水的体积约占集气瓶内空气总体积的。

5、实验成功的关键

（1）红磷要过量。

（2）装置必须密封。

（3）导管内先注满水。

（4）冷却到室温后，打开弹簧夹。

6、实验分析与结论

红磷燃烧生成五氧化二磷固体，五氧化二磷极易溶于水，不占有体积。红磷燃烧消耗了集气瓶内的氧气，冷却后，大气压把烧杯内的水压进集气瓶，水的体积约是集气瓶内消耗的氧气的体积，由此证明空气中氧气约占空气总体积的。

友情提示：通过此实验也能得出氮气不燃烧、不支持燃烧及不易溶于水的性质。

7、水的作用

（1）集气瓶中水的作用

①吸收五氧化二磷，防止污染空气

②吸收热量，缓冲气压，防止集气瓶内压强过大，橡皮塞弹出。

（2）烧杯中水的作用

测量氧气的体积：倒吸到集气瓶中水的体积约是消耗的氧气的体积

8、误差分析

（1）偏低：

①红磷不足

②装置气密性不好

③未冷却至室温打开止水夹

④导管中有部分水残留

（2）偏高：

①点燃红磷后插入到集气瓶速度太慢（未及时塞进橡皮塞）

②未夹紧止水夹（未使用止水夹）

9、实验注意事项

（1）红磷要足量。如果红磷的量不足，则不能将密闭容器内空气中的氧气完全反应掉，密闭容器内水面上升不到原气体体积的，导致测得空气中氧气的体积分数偏小。

（2）实验装置的密封性要好。如果密封性不好，则外界的空气会进入密闭容器内，导致所测得的氧气体积偏小。

（3）不能用硫、木炭、铁丝等代替红磷。因为硫或木炭燃烧后产生的气体会弥补反应所消耗的氧气，导致测得的氧气的体积不准确；而细铁丝在空气中难以燃烧，氧气的体积几乎不会变化，因此密闭容器内水面不上升。

（4）橡胶管要夹紧，燃烧匙放入集气瓶时要迅速，防止空气受热膨胀，从导管或集气瓶口逸出，导致进入水的体积增多，使实验结果偏高。

（5）集气瓶内加少量的水，目的是溶解白烟、降低温度。

【温馨提示】药品选择

①可否换用木炭、硫等物质？

答：不能用木炭或硫代替红磷燃烧测空气中氧气含量（因为木炭或硫燃烧会产生气体，造成瓶内气体体积变化小）。

改进：将集气瓶内的水换成氢氧化钠溶液吸收二氧化碳、二氧化硫，不占体积的前提下还是可以测量的。

②可否换用铁丝？

答：不能，铁丝在空气中不燃烧。

③可否换用金属镁？

答：不能。金属镁能够与氧气、氮气、二氧化碳都发生燃烧。

小结：药品选择：物质能在空气中燃烧且只与氧气反应，燃烧后的生成物为固体或液体（占的体积忽略不计）。

【温馨提示】燃烧过程中的集气瓶压强变化：

从燃烧开始，消耗氧气使得压强减小，但同时燃烧放出的大量热使瓶内的剩余气体受热迅速膨胀，压强增大。燃烧放热引起的压强增大大于消耗氧气的压强减小，所以总的效果是压强增大。待燃烧结束后，剩余气体慢慢冷却，压强减小，减小到比初始压强更小（减少的部分就是被消耗的氧气体现的压强）。打开弹簧夹或者打开装置后，水流入集气瓶，瓶内压强迅速恢复到和大气压相同。

10、其他测量装置