空气中氧气含量测定实验

空气中氧气含量测定的实验

实验目的：通过实验测定空气中氧气的含量，了解空气成分的结构和比例。

实验原理：空气是由氮气、氧气、二氧化碳等成分组成的。在大气压力和温度下，氧气会与碳水化合物反应生成二氧化碳和水，反应式为C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 +

6H2O。根据该反应式，可以通过测定碳水化合物与氧气之间的摩尔比确定空气中氧气的含量。

实验步骤：

1.准备试剂及仪器：6mol/L葡萄糖溶液、氢氧化钠溶液、氯化钙试剂、测量氧气产生的密度管、燃烧器、酒精灯等。

2.将空气与氢氧化钠混合：取一定容器，通入一定量的空气，并加入氢氧化钠溶液，用燃烧器将容器中氧气燃烧为二氧化碳和水。

3.收集氧气：将容器倾斜，将反应生成的氧气收集在密度管中，并用氯化钙试剂吸收水蒸气。

4.测量氧气的体积：用测量的方法测量氧气的体积，注意保持温度和压力的稳定。

5.计算氧气含量：根据收集到的氧气体积及反应摩尔比，计算出空气中氧气的含量。

实验注意事项：

1.实验操作要谨慎，避免火源和碱性溶液的飞溅。

2.测量仪器要保持干净，以免影响实验结果。

3.保持实验环境的稳定，如温度和压力。

实验结果分析：根据实验结果，可以计算出空气中氧气的含量。通常空气中氧气含量约为21%，实验结果与理论值接近说明实验操作正确，反之则可能存在误差。

实验意义：通过这个实验，可以了解到空气中氧气的含量及空气成分的结构和比例。对于理解空气的性质及环境保护具有一定的意义和启发作用。

以上是关于过程及原理，希望能对您有所帮助！如果有任何问题欢迎随时提问。

测定空气中氧气含量实验的改进

作者：暂无

来源：《发明与创新·中学生》 2018年第3期

文 湖北省赤壁市第一高级中学高三（3）班 刘魏毅

湖北省赤壁市第一高级中学高三（19） 班 刘润泽

一、问题的提出

人民教育出版社、课程教材研究所和化学课程教材研究开发中心编著的义务教育教科书化学九年级上册第27页实验2-1中提到，在集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分成5等份，如图1所示。用弹簧夹夹住乳胶管，点燃红磷，伸入瓶中并塞上瓶塞，待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察广口瓶内水面变化情况。

利用该装置按照教科书上所描述的步骤操作，实验结果偏小，表现为水进入瓶中的体积不到1/5。

二、教科书实验设计缺陷分析

教科书中介绍的实验主要存在以下几个缺陷。

1.易漏气

装置气密性难以把控，导致集气瓶外的空气进入集气瓶；导管中没有注满水，当红磷燃烧并冷却后，进入的水会部分残留在导管中，导致实验结果出现误差。

2.说服力弱

在点燃红磷伸入广口瓶内、塞紧瓶塞之前的过程中，空气受热膨胀，从导管逸出，使容器产生负压，瓶外的空气也有可能进入瓶中。气体有进有出，两者体积是否相等不得而知，因此进入广口瓶的水面高度没有说服力。

3.误差太大

广口瓶没有刻度，肉眼不容易判断水的体积是否为1/5；按照教材中的说明进行操作，水都达不到1/5体积。红磷在燃烧时，即使过量也不能完全耗尽装置内的氧气，测量结果会偏小。

笔者用氧气传感器多次实测磷燃烧后残余的氧气量，当红磷燃烧熄灭直至冷却后，装置中的氧气含量为6.2%至7.8%，白磷燃烧后装置中残余氧的含量为2.2%至2.9%，多次实验结果基本一致。

三、改进方法

方案一

取黄豆大小的白磷放入大试管，立即塞紧橡皮塞，用酒精灯加热至白磷燃烧，冷却后将试管倒插在水中，拔去塞子，水立即进入试管。在水中塞紧塞子后把试管拿出水面，测出水的体积，恰好占试管体积的1/5。也可将白磷放入100ml的注射器，按图2所示操作。

浅析空气中氧气含量测定实验

“空气中氧气含量测定实验”位于人教版九年级上册第二章，是初中化学的第一个定量实验。教材本实验是利用红磷燃烧消耗烧杯内氧气，装置如图1所示，通过水倒吸的体积，粗略测定密闭装置内氧气的体积，集气瓶内水平面上升约 1/5，说明空气中的氧气被消耗了，消耗的氧气约占空气体积的1/5，从而测出空气中氧气的含量。通过对该实验的探究，揭示了空气的组成，开启了具体物质的学习。

但是，该实验方案存在一定的缺陷，产生一定误差，难以得出氧气约占空气体积的1/5的结论，实验误差原因如下：

(1)药品选择不合理

红磷的着火点为 240℃，如果在集气瓶外用酒精灯进行点燃，生成物五氧化二磷白烟会大量逸散到空气中，这样造成环境污染；除此之外，红磷燃烧无法彻底消耗氧气，磷在集气瓶内燃烧结束后，瓶内仍有7%以上的氧气剩余。

(2)装置系统误差

在外点燃红磷后再伸入集气瓶，使装置无法始终完全密闭，该过程导致瓶内的空气发生膨胀，一部分逸出，装置的气密性很难达到标准；红磷燃烧过程中放热，会使瓶内气体受热膨胀，有可能使塞子弹出，造成实验的偶然误差；装置中的导管原来是有空气的，这部分体积并不小且不易估计，后来导管里充满了水，这部分水没有进入集气瓶中，导致测量误差; 用于测量气体体积所标示的刻度线不够精确等。

图1 测定空气中氧气的含量

1 实验改进药品的选用

1.1 白磷

白磷，着火点比红磷更低，约为 40 ℃，易燃烧。一些化学老师使用水浴加热、通电后铜丝发热、吹风机加热、激光笔等方式引燃密闭装置内的白磷，生成的白烟始终在装置里，不会造成空气污染，对环境友好；同时与外界没有物质交换，避免了装置系统误差。

俞红星老师利用放大镜会聚太阳光(图2)和热水浴法(图3)使白磷燃烧，放大镜聚焦法只有光源充足情况下实验才有可能成功，出于课堂场地、安全与课时等方面考量，无法组织学 生在课外进行该实验；热水浴法则需不断给水加热，同时要避免集气瓶过热导致爆裂，该方法比较耗时且存在安全隐患，不适合演示实验。姚秋玲和王锋老师用激光笔在室温下 5 s 内点燃白磷，但这需要使用大功率的激光笔，学生一旦使用不当可能会造成眼睛灼伤、甚至引起火灾等不良后果。朱华英和刘怀乐老师用预先加热的玻璃棒与白磷接触使其燃烧(图4) ，但玻璃棒的预热程度并不易于控制。

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4/5

C.红磷燃烧消耗空气中的氧气，使容器内压强下降，水面上升