《2025年点石成金金牌夺冠九年级化学全一册人教版辽宁专版》

14. (9分)空气中氧气含量测定的再认识。
任务一:用氧气传感器测定空气中氧气含量
某化学实验小组点燃红磷,并用氧气传感器测定空气中氧气含量并采集数据如图1所示。

(1)红磷在瓶中燃烧产生的现象是放出热量，有大量白烟生成,红磷燃烧的符号表达式是$P + O₂ \stackrel{点燃}{→} P₂O₅$。
(2)开始时氧气的含量持续下降,一方面是氧气被消耗,另一方面是生成物大量和氧气传感器接触,但在$110\ s$时氧气的含量又有所上升,可能的原因是氧气密度大于空气，沉积在底部，传感器测量点在顶部，当反应后底部氧气扩散到上部，浓度增加。
(3)从以上数据分析,最终集气瓶中的氧气是否完全消耗?氧气没有完全消耗。
综合检测
任务二:改进实验测定空气中氧气含量
针对以上实验测定结果,实验小组同学对该实验做了以下两种改进:
Ⅰ. 根据铁在空气中生锈的原理(铁与氧气和水反应而生锈)设计图2实验装置,测定空气中氧气含量。

【查阅资料】装置中饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈。
测得实验数据如下表:

(4)铁生锈过程发生复杂的化学反应,首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁。
(5)根据上表数据计算,该实验测得的空气中氧气的体积分数是20.2%(结果精确到$0.1\%$)。
(6)从实验原理角度分析,改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是:
①反应在密闭装置内进行，避免了红磷燃烧放热使空气受热逸出引起的实验误差(或铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确);
②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确(合理即可)。
Ⅱ. 将足量白磷放在集气瓶中,白磷能发生缓慢氧化从而消耗氧气,并用压强传感器测定瓶中压强的变化,根据压强的变化来计算空气中氧气含量,实验装置及数据采集如图3。

(7)在开始$200\ s$压强增大,增大的原因是白磷与氧气反应放出热量，内部温度升高，压强增大。
(8)用上图所示数据计算用这种方法测得的空气中氧气的体积分数是19.7%(结果精确到$0.1\%$)。
【实验结论】测定空气中氧气含量用燃烧法测定结果误差较大,用缓慢氧化误差较小。

答案： 任务一：
(1)放出热量，有大量白烟生成$ P + O₂ \stackrel{点燃}{→} P₂O₅$
(2)氧气密度大于空气，沉积在底部，传感器测量点在顶部，当反应后底部氧气扩散到上部，浓度增加
(3)氧气没有完全消耗
任务二：I.
(5)20.2%
(6)①反应在密闭装置内进行，避免了红磷燃烧放热使空气受热逸出引起的实验误差(或铁的缓慢氧化使集气瓶中的氧气消耗更彻底，使实验结果更准确)
②测量时考虑到导管容积和扣除内容物后的集气瓶容积，使实验结果更准确(合理即可)
II.
(7)白磷与氧气反应放出热量，内部温度升高，压强增大
(8)19.7%