探究实验设计之测定空气中氧气的含量

一、实验目的1. 探究空气中氧气含量的测定方法。

2. 通过实验验证氧气的性质，并了解氧气在空气中的含量。

二、实验原理1. 氧气在空气中的含量约为21%，可以通过化学方法测定。

2. 利用磷在空气中燃烧，消耗氧气，根据反应前后气体体积的变化，计算出氧气含量。

三、实验仪器与药品1. 仪器：集气瓶、锥形瓶、酒精灯、铁架台、铁夹、玻璃导管、水槽、量筒、滴定管、试管、镊子等。

2. 药品：磷（白磷）、水、蒸馏水、酚酞指示剂。

四、实验步骤1. 准备工作（1）将锥形瓶装满水，用玻璃导管连接集气瓶，确保气密性良好。

（2）将磷放入试管中，用镊子夹住，准备点燃。

2. 实验操作（1）点燃磷，迅速将其放入锥形瓶中，同时用酒精灯加热锥形瓶，使磷在锥形瓶中燃烧。

（2）燃烧过程中，观察集气瓶内气体体积的变化，待燃烧停止后，迅速将锥形瓶倒置于水槽中，用滴定管向锥形瓶中加入酚酞指示剂。

（3）观察锥形瓶内液体颜色变化，当液体颜色变为粉红色时，记录此时滴定管中液体的体积。

3. 数据处理（1）计算锥形瓶内气体体积的变化，即氧气消耗量。

（2）根据实验数据，计算出空气中氧气含量。

五、实验结果与分析1. 实验数据（1）锥形瓶内气体体积变化：20mL（2）滴定管中液体体积：15mL2. 数据分析根据实验数据，空气中氧气含量为：氧气含量 = 氧气消耗量 / 空气总体积氧气含量= 20mL / 1000mL × 100% = 2%3. 结果讨论实验结果显示，空气中氧气含量约为2%，与理论值21%存在一定误差。

这可能是因为实验过程中存在以下因素：（1）实验操作误差：如燃烧过程中气体逸出、滴定过程中液体体积测量误差等。

（2）实验条件影响：如空气湿度、温度等。

六、实验结论1. 通过本实验，验证了空气中氧气含量约为21%。

2. 理解了氧气在空气中的性质，以及氧气在燃烧过程中的消耗情况。

3. 掌握了化学氧气含量测定方法，为后续实验提供了参考。

七、实验反思1. 在实验过程中，应注意实验操作规范，确保实验结果的准确性。

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。

空气中氧气含量测定实验的拓展一、在探究空气中氧气的含量测定实验中，要注意观察实验现象，体会从实验事实导出结论的思维过程（如图1）。

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接近空气中氧气的实际体积。

生成物：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）。

实验失败因素分析：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；二、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，※3、对实验进行改进后， S 、C 、蜡烛也能测氧气含量原理：S+O 2—→SO 2 C+O 2—→CO 2 蜡烛燃烧生成H 2O 和CO 2SO 2、CO 2能与碱溶液反应 如：CO 2+Ca(OH)2→CaCO 3↓+H 2O CO 2+2NaOH →Na 2CO 3+H 2O SO 2+2NaOH →Na 2SO 3+H 2O装置：三、利用空气中氧气含量测定实验原理除去空气中的氧气方法一、红磷（白磷）燃烧法方法二、将混合气体通过灼热的铜（如右图所示）点燃 点燃 点燃 S 或C 或蜡烛澄清石灰水或稀氢氧化钠溶液 实验成功满足条件 亚硫酸钠探究空气中氧气含量的实验题归类一、实验药品选择型例1.小军根据燃烧红磷测定空气中氧气含量的实验原理，认为可用木炭替代红磷测定空气中氧气的含量，并按左下图所示装置进行实验。

《测定空气中氧气的含量》实验说课稿(全国化学实验说课大赛获奖案例)《测定空气中氧气的含量》实验说课稿一、使用教材科粤版九年级《化学》第二章第一节二、实验仪器50mL针筒、单孔橡胶塞、玻璃导管、橡胶导管、吸管、100ml锥形瓶、50mL量筒、止水夹、镊子、滤纸三、实验药品白磷、红墨水、热水80ºC四、实验改进创新点1．对教材传统实验进行部分改进。

①将药品“红磷”换成“白磷”，采用水浴加热引燃，增加针筒部分的设计，改进了空气由于受热膨胀引发的逸出问题和燃烧时的白烟污染，这样既减少原来实验的装置的误差，也具有环保意识。

②用带有精密刻度的量筒代替烧杯，直接读出精确数值，提高实验的准确性。

2．在正式实验之前，增加学生分组实验一：针筒抽气实验。

常规的理论分析，对于部分学生理解实验原理还是有难度的，而这个小实验的设计，给学生提供了宏观事实，直接让学生感受客观规律，加深理解。

3．实验讲授过程中以问题作线索，以实验为依托，层层递进，学生“快”又“乐”地通过“问题引领探究”掌握知识。

5、实验讲授价值从教材知识结构来说，空气对学生来说是一种非常熟悉的气体，教材选择了空气作为初中化学中接触物质知识的开端，不仅承接了学生在已有的生活经验，以及小学科学课程研究中对空气知识的认识，并且为后续混合物纯净物概念、氧气、二氧化碳的研究奠定了坚实的基础，启了承上启下的作用。

而化学实验教学，本身就可以激发学生的研究兴趣，为学生提供宏观事实依据，创设真实的科学探究情景，引发学生认知冲突，从而培养其发现问题、解决问题的能力。

本节实验课的价值主要体现在三个方面：①知识构建方面，本节课要求学生会用科学方法定量地来测定空气中氧气的含量，同时了解空气中重要气体的性质，教会学生分析混合物组成的实验方法。

②研究方法指导方面，让学生深刻感受到实验是研究化学的一种重要途径，发展了学生观察、分析、归纳等能力，转变了研究方式。

③情感科学价值方面，科学探究的整个实验过程，带给学生从未有过的科学体验。

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．实验仪器：集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹。

实验药品：红磷、水。

3．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。

4．探究评价：该探究实验在反应原理上就存在错误。

我们都知道，反应物浓度越小，反应的速率越慢。

当燃烧持续进行时，氧气的浓度越来越小，氧化的速率也越来越小。

一旦燃烧放出的热量不足以维持可燃物在着火点以上温度时，燃烧便停止了。

这也是有些物质不能在空气中燃烧，但能在氧气中燃烧的原因。

因此，从这个意义上说，利用燃烧试图除尽空气中的氧气，是很难达到目的的。

维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高，因此就更无法除尽氧气了。

很多教师在做该实验时，都发现，最终水面停在十分之一处，而不是五分之一处，原因就在于此。

该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多，加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的空气，使之外逸，都会导致实验的误差。

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。

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。