探究实验设计之测定空气中氧气的含量

测定空气中氧气的含量探究实验设计1．化学反应原理如图5-1所示，利用磷燃烧消耗空气中的氧气，从而使容器内形成负压，打开止水夹后，水进入容器内。

进入容器中的水的体积，可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。

2．探究方案：⑴在集气瓶中放入少是水（用于溶解生成的五氧化二磷，同时可吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降温），做上记号，并将瓶内剩余体积均分为五等分。

⑶用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。

观察到红磷燃烧，产生浓厚的白烟。

⑶红磷熄灭后，冷却至室温，打开止不夹，观察到水进入集气瓶内，最终水面在五分之一记号处。

3．要做好该实验，关键要注意以下几点：⑴用更易燃烧的可燃物代替红磷（如白磷）；⑶装置的气密性要好；⑶燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快，并塞紧塞子。

5．资源开发：通过刚才的分析，我们知道，在做好本探究实验除用白磷代替红磷外，就是尽可能防止或减少气体泄漏的可能。

我们可以利用以下装置来进行探究：⑴用凸透镜将太阳光聚焦到白磷，使白磷燃烧。

此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。

如图5-2。

⑵用水浴加热的办法使白磷燃烧，也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。

白磷的着火点仅40℃，水温稍高，足以使白磷着火燃烧。

如图5-3。

做此实验时，盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中，也以免广口瓶因骤热而爆裂。

可先用温水淋浴后，再将热水注入外面的大烧杯中。

⑶用钟罩代替集气瓶进行实验，如图5-4所示。

钟罩下方敞口，气体受热膨胀时，可将水压出一部分从产生减压作用。

用此法既减少了气体泄漏的可能，准确性比原实验方案高。

⑷在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷，用胶塞塞住，并使从推入到玻璃管中部，记下位置。

用酒精灯微微加热白磷，使之燃烧，同样可观察到白磷燃烧，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。

如图5-5。

这种方法在不透气的情况下进行，几乎可以完全防止漏气。

测定空气中氧气含量的实验探究与反思许小忠陈和祥一、为了提高用燃着的红磷伸入试剂瓶中密闭燃烧的方法来测定空气中氧气含量的实验的准确性，学生们查阅了许多相关资料并做了大量的实验探究，在探究中他们发现除了要强调装置的气密性要好，红磷量要足，要冷却到室温后才能打开止水夹外，认为还应注意以下几个方面：1．选择的反应容器大小要适中（如选择250 mL左右的广口瓶）；实验前调整燃烧匙伸入瓶中的位置时，应考虑伸到瓶内的中下部。

2．为了尽量减少瓶中空气受热膨胀在密闭前外逸，燃着红磷伸入试剂瓶中密闭的速度要快。

3.实验前先将夹止水夹的导管内注满水，然后再进行实验，确保打开止水夹后有足量的水流入瓶中。

4．瓶塞内的导管口不要对准燃烧匙，防止反应过程中密闭瓶内压强减小时橡胶导管在大气压的作用下发生形变，管内注满的水少量被压出流入瓶中正好滴在燃着的红磷上，使燃烧停止从而反应不充分。

5．当打开止水夹后将广口瓶内的导管口与瓶外烧杯内水位要齐平，使瓶内压强与瓶外大气压相等，有足量的水流入瓶中。

6．一旦第一次实验效果不理想要进行第二次实验时，应先向反应瓶内注满水排出瓶中第一次实验反应后的剩余气体，倒掉水后再进行第二次实验。

由于红磷燃烧过程中产生的白烟为五氧化二磷, 它有毒性, 且有很强的吸水性, 它刺激粘膜，对皮肤有刺激和灼烧作用（组织脱水）。

因此，反应结束后最好在反应容器中的白烟全部消失后再打开。

此外，为了节省实验时间，实验前（最好1—2小时前）将实验所需的红磷从试剂瓶中取出放在滤纸上充分吸干其水分，这样实验时红磷易被点燃。

二、用红磷测定空气中氧气含量的实验改进针对用燃着的红磷伸入广口瓶中密闭燃烧的方法来测试空气中氧气的含量实验过程中易产生少量热空气外逸，影响到实验的科学性、准确性，我们引导学生对该实验进行了改进，让红磷（白磷）燃烧在全封闭的测气系统中进行。

1．实验装置如图2．操作方法和步骤：2.1 甲、乙为两个直径4cm左右，长20 cm左右的玻璃管，连接装置如图所示，并将它们分别固定在两个铁架台上，将甲玻璃管中水位调制在5 cm左右高并用红色橡皮筋做上记号。

一、知识点名称——空气中氧气含量的测定二、知识点详解1.实验原理：现象：实验中可以观察到，红磷燃烧，产生大量的白烟，放出大量热；冷却至室温，打开弹簧夹后，烧杯中的水倒流入集气瓶中，至约占集气瓶容积的1/5。

结论：通过实验得知，空气中氧气的体积约占1/5。

原理解释：红磷燃烧消耗空气中的氧气，生成固体五氧化二磷，使集气瓶内压强变小，在外界大气压的作用下，烧杯中的水倒流入集气瓶内，且空气中氧气体积约占空气体积1/5，所以倒流入集气瓶内的水约占集气瓶容积1/5。

装置：装置气密性良好，（实验前要进行气密性检查）反应物：1、反应物只与空气中的氧气反应，2、反应物不能是气体。

3、反应物足量，确保氧气反应完，使测得氧气的体积更生成物不能是气体读数：冷却至室温才能读数这个实验还可推论出氮气的性质 ：氮气不能支持燃烧（化学性质）；集气瓶内水面上升一定高度后，不能继续上升，可以说明氮气难溶于水（物理性质）。

在这个实验中，若气体减少的体积小于1/5，导致结果偏低的原因可能有：（1）红磷的量不足，瓶内氧气没有耗尽；（2）装置漏气；（3）未冷却至室温就读数。

若该实验中气体减少的体积大于1/5，原因可能是（1）点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞子塞得太慢，使得瓶中空气受热膨胀，部分空气溢出。

（2）实验开始时，没有夹或没夹紧止水夹。

（3）装置气密性不好；2. 空气中氧气含量测定反应物选择：（1）燃烧法 可用红磷、白磷加热法 可用Cu 、Hg比较：A:红磷、白磷 原理相同：4P+5O 2—→2P 2O 5 红磷须外部点燃；白磷着火点很低，微热即可，所以可直接在密闭装置内引燃 实验结果：用白磷比用红磷误差小。

B ：Cu 、Hg 汞有污染，不建议使用（2）不可用：铁丝 因为铁丝在空气中不能燃烧不可用： Mg 因为Mg 能与空气中的氧气、二氧化碳、氮气反应不可用：S 、C 、蜡烛 因为均有气体生成。

点燃三、强化训练【典型例题】如图装置可用于测定空气中氧气的含量，下列说法不正确的是（ ）A ．实验时红磷一定要过量B ．该实验证明氧气约占空气总体积的15C ．红磷燃烧产生大量的白雾，火焰熄灭后立刻打开弹簧夹D ．通过该实验还可以了解氮气的一些性质【答案】C【解析】A 、红磷要足量，故选项正确；B 、本实验的结论是：氧气约占空气总体积的五分之一，故选项正确；C 、冒出大量的白烟，不是白雾，应使装置冷却后再打开弹簧夹并观察水面变化情况，故选项错误；D 、通过该实验还可以了解氮气既不能燃烧，也不能支持燃烧；氮气难溶于水等。

测定空气中氧气的含量课本实验再现（1）实验用品①仪器：集气瓶、橡胶塞、燃烧匙、导气管、乳胶管、弹簧夹、烧杯、酒精灯及火柴。

②药品：红磷、水。

（2）实验原理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，水进入容器，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。

（3）实验步骤①连接装置并检查装置的气密性；②在集气瓶内装入少量的水，并将水面上方空间分成五等份，并做上记号；③用弹簧夹夹紧胶皮管，点燃燃烧匙内的红磷，立即伸入瓶中，并把塞子塞紧，观察红磷燃烧现象；④待红磷熄灭并冷却至室温后，打开弹簧夹，观察实验现象。

（4）实验现象①红磷燃烧，发出黄色火焰，产生大量白烟，放出热量；②冷却后，打开弹簧夹，水沿导管进入集气瓶，进入集气瓶内水的体积约占集气瓶内空气总体积的1/5。

（5）实验结论空气中氧气约占空气总体积的1/5。

（6）注意事项①红磷要过量；②装置必须密封；③冷却至室温后打开弹簧夹；④插入燃烧匙的速度要快；⑤弹簧夹要夹紧；⑥塞塞子要迅速；⑦集气瓶内加入少量水；⑧实验所用药品一般为红磷，不能用硫、木炭、铁丝等物质代替。

【注意】哪些因素会导致结果偏小？哪些又会导致结果偏大呢？偏小：红磷量不足、装置气密性不好、未待冷却就打开弹簧夹、点燃红磷后伸入集气瓶内过慢。

偏大：弹簧夹未夹紧、塞塞子动作太慢。

拓展训练1.如图是用红磷燃烧法测定空气里氧气含量的装置图，有关此实验的结论与分析错误的是( )A.此实验证明，氧气约占空气体积的1/5B.此实验证明，反应后组气瓶内剩余的气体，既不易溶于水，也不支持燃烧C.该实验中的红磷还可以用硫来代替D.若该实验没有达到预期目的，可能的原因之一是装置气密性不好造成的2.某同学利用如图所示装置，选用不同可燃物测定空气里氧气的含量。

实验起始时在集气瓶中装入少量水，并将水面上方空间分为五等份。

将燃烧匙内的可燃物加热至燃烧或红热后，伸入瓶中塞紧瓶塞。

冷却至室温后打开弹簧夹，记录数据如表（装置的气密性良好）。

空气氧气含量测定
一、实验目的
本实验旨在测定空气中的氧气含量。

通过实验，了解氧气在空气中的比例，以及不同环境下的氧气含量变化，进一步理解氧气对生物体的重要作用。

二、实验原理
氧气是空气中的主要成分之一，约占20%。

本实验通过燃烧法测定氧气含量。

当物质在空气中燃烧时，它会消耗氧气。

通过测量燃烧前后空气中氧气含量的变化，可以推算出氧气在空气中的比例。

三、实验材料与器具
1.广口瓶
2.燃烧匙
3.精密天平
4.称量纸
5.酒精灯
6.橡胶管
7.三角架
8.砝码
9.铜丝（直径约2mm）
10.火柴
11.干燥剂（如无水氯化钙）
四、实验步骤
1.在广口瓶底部铺一层干燥剂，用以吸收水蒸气。

2.将铜丝绕成螺旋状，一端与燃烧匙相连，另一端穿过橡胶管。

3.用精密天平称量10g铜丝，放入燃烧匙中。

4.用砝码平衡广口瓶与燃烧匙之间的重量，记录平衡后的读数。

5.用火柴点燃铜丝，迅速放入广口瓶中，并立即塞紧瓶塞。

6.观察并记录燃烧过程中的现象，注意广口瓶内火焰的颜色和燃烧时间。

7.燃烧结束后，待广口瓶冷却至室温，再次进行称重。

8.根据燃烧前后的重量差，计算消耗的氧气质量。

9.通过消耗的氧气质量，计算空气中氧气的含量。

10.对实验结果进行整理和分析，得出结论。

五、注意事项
1.实验过程中要保持空气流通，避免缺氧。

测定空气中氧气的含量探究：（1）可用多种方法测定空气中氧气的含量，其原理都是利用某些物质在一定量的空气中，完全消耗其中的氧气而又不产生其他气体，导致压强减小，减少的体积即为空气中氧气的体积。

（2）常用来研究空气成分的药品和装置研究空气成分的常用药品必须是易与氧气反应且没有气体生成的物质，如磷、铜丝，因为它们在空气中与氧气反应生成固体物质，一般不选择铁丝，因为铁丝在空气中难以燃烧，也不选择碳和硫，因为它们燃烧后生成的产物分别是二氧化碳气体和二氧化硫气体，燃烧后装置内压强变化不大。

装置除课本提供的类型外通常还有如下四种：图1注意：所用来反应的物质必须足量，容器的气密性必须良好，不漏气【例题】用来测定空气成分的方法很多，图1所示的是小明用红磷在空气中燃烧的测定方法。

实验过程第一步：将集气瓶容积划分为五等份，并做好标记。

第二步：点燃燃烧匙内的红磷，伸入集气瓶中并把塞子塞紧。

第三步：待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，发现水被吸入集气瓶中，进入集气瓶中水的体积约为集气瓶总容积的1/5。

请回答下列问题：（1）上面的实验同时证明了氮气有_________________的化学性质。

（2）实验完毕，若进入集气瓶中水的体积不到总容积的1/5，你认为导致这一结果的原因可能是________________。

（3）某同学对实验进行反思后，提出了改进方法（如图2所示），你认为改进后的优点是________________。

图2 空气中氧气含量的测定1.小明用上中图装置来测定空气中氧气的含量，对该实验认识正确的是（）A.使用红磷的量多或少，都不会影响实验结果B.燃烧足够的红磷可使进入容器的水占容器的4/5C.红磷燃烧消耗空气中的氧气，使容器内压强下降，水面上升D.红磷一燃烧完，就要立即观察，并记录水进入容器的刻度2.某同学为测定空气里氧气的含量，设计了如上右图所示的实验装置。

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6 V手电筒光于靠近水面的一步“金属梯”处的白磷上。

“测定空气中氧气的含量”实验的改进和反思张 洁1，宋守娟2(1.海南省儋州市教育局教研室，海南儋州 571700；2.山东省淄博市淄川实验中学，山东淄博 255100)摘要：基于现行鲁教版九年级化学课本中“测定空气中氧气的含量”实验，对药品要求较高，实验条件较难控制，实验成功率低的问题，通过限定药品用量、更换药品、改进装置、兴趣实验开发的方法探索，改进了实验，提高了实验效率，并能启发学生敢于质疑，培养实验动手能力及探究精神。

关键词：空气中氧气含量测定；实验改进；初中化学实验文章编号：1005–6629(2015)4–0050–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B现行鲁教版九年级化学课本中“测定空气中氧气的含量”实验，用图1装置和铜粉来进行实验。

实验趣味性强，以此为载体引导学生设计和实施实验，进行误差分析，能有效训练学生的发散性思维能力，提高学生学习化学的兴趣。

图1 课本中“测定空气中氧气的含量”的装置图可是在实验时，我们发现存在如下问题：（1）实验室里久置的铜粉不是呈亮紫红色，而是呈褐色。

（2）用新制的铜粉做实验，发现加热时玻璃管里的铜粉表面生成一层黑色固体，停止加热，黑色固体又慢慢变成砖红色，且结成硬块粘附在玻璃管内壁上。

（3）实验所用时间长，完成一次实验约需15分钟。

（4）经过20多次实验，实验相对误差平均值大于25%，有的实验甚至不能成功。

基于上述几方面的问题，以期寻找更好的实验方法，获得更好的实验效果，我们进行如下的探索和改进。

1 通过限定药品用量化解弊端1.1 探索与分析查阅资料得知，铜粉质软，研磨加工困难，在潮湿空气中容易氧化变质成氧化铜，需要采用氮气保护、真空包装。

我校实验室里的铜粉属于超细铜粉，因无法采用氮气保护或真空保存，久置后部分铜粉变质生成氧化铜，所以颜色呈褐色。

红色的含铜元素的固体物质有铜和氧化亚铜。

向少量加热新制铜粉所得的砖红色固体中加入稀盐酸，发现有少量气泡放出，溶液变为浅黄色，有少许白色沉淀生成，试管底部有红色固体沉积。