重点案例探析
考点 空气中氧气体积含量的测定
【典题】化学兴趣小组设计了两套测定空气中氧气含量的实验装置,请结合图示回答问题。

【实验一】用装置一测定空气中氧气的含量。点燃燃烧匙内的红磷,立即伸入集气瓶中并塞紧瓶塞。待燃烧停止并冷却后,打开止水夹,发现水被吸入集气瓶中,且约占瓶中空气总体积的$\frac{1}{5}$。
【交流讨论】根据装置一的实验现象,可以得到的结论有、。
【实验二】经过向老师请教并查阅资料后,同学们初步了解了红磷燃烧的生成物会污染环境,决定用装置二来进行实验探究。
【反思交流】(1)写出装置二实验过程中硬质玻璃管内的现象:,该反应的文字表达式为,该装置中气球的作用是(答一条)。
(2)利用装置二进行实验,记录数据如下:

分析数据,实验测得空气中氧气的体积分数是(结果保留到一位小数),实验测得的结果出现偏差的原因可能是(答一条)。
【拓展提升】查阅资料:镁+氧气$\xrightarrow{点燃}$氧化镁；
镁+氮气$\xrightarrow{点燃}$氮化镁,根据提供的资料回答下列问题,请问镁条能否用来代替红磷测定空气中氧气的含量(填“能”或“不能”),原因是。

【交流讨论】氮气不支持燃烧 氧气约占空气总体积的五分之一(合理即可)
【反思交流】(1)红色粉末变成黑色 铜+氧气$\xrightarrow{加热}$氧化铜 形成密封装置(或平衡装置内外气压,防止橡皮塞飞出,答案合理即可)
(2)17.6% 铜粉不足(或装置漏气等,答案合理即可)
【拓展提升】不能 镁燃烧同时消耗氧气和氮气

【分析】
本题围绕测定空气中氧气体积含量的实验展开，需结合实验原理、现象、数据计算及物质性质分析作答：
1. 实验一：红磷燃烧消耗集气瓶内氧气，冷却后水进入集气瓶约1/5，由此推导氧气的体积占比，以及剩余气体（氮气）的性质；
2. 实验二：用铜粉代替红磷，铜与氧气加热反应，需明确反应现象、文字表达式，以及气球的作用；根据反应前后气体体积变化计算氧气体积分数，从药品量、装置气密性等分析误差原因；
3. 拓展部分：根据镁能同时与氧气、氮气反应的性质，判断能否代替红磷。
【解析】
【交流讨论】
红磷燃烧消耗集气瓶中的氧气，冷却后打开止水夹，水进入集气瓶约占空气总体积的1/5，说明氧气约占空气总体积的1/5；红磷熄灭后，剩余气体不支持燃烧，故可得到结论：氧气约占空气总体积的1/5、氮气不支持燃烧（合理即可）。
【反思交流】
(1) 装置二中铜粉与氧气在加热条件下反应，红色铜粉变为黑色氧化铜，故硬质玻璃管内现象为红色粉末变成黑色；反应的文字表达式为：铜+氧气$\xrightarrow{加热}$氧化铜；装置中气球可形成密封装置，防止气体逸出（或平衡装置内外气压，防止橡皮塞飞出，合理即可）。
(2) 假设反应前硬质玻璃管内空气体积为50mL，反应后剩余气体体积为41.2mL，则消耗氧气的体积为50mL - 41.2mL = 8.8mL，实验测得空气中氧气的体积分数为$\frac{8.8mL}{50mL}×100\% = 17.6\%$；实验结果出现偏差的原因可能是铜粉不足，未将装置内氧气完全消耗（或装置漏气等，合理即可）。
【拓展提升】
镁不仅能与氧气反应，还能与氮气反应，若用镁条代替红磷，会同时消耗装置内的氧气和氮气，导致测得的氧气体积分数偏大，故镁条不能用来代替红磷测定空气中氧气的含量。
【答案】
【交流讨论】氧气约占空气总体积的五分之一、氮气不支持燃烧(合理即可)
【反思交流】(1)红色粉末变成黑色；铜+氧气$\xrightarrow{加热}$氧化铜；形成密封装置(或平衡装置内外气压,防止橡皮塞飞出,答案合理即可)
(2)17.6%；铜粉不足(或装置漏气等,答案合理即可)
【拓展提升】不能；镁燃烧同时消耗氧气和氮气
【知识点】
空气中氧气体积含量的测定；氧气的化学性质；铜与氧气的反应
【点评】
本题是测定空气中氧气体积含量的经典题型，通过两套实验装置对比，全面考查实验结论推导、反应现象与表达式、数据计算、误差分析及物质性质应用，综合性较强，能有效检验学生对该实验核心原理的掌握程度。
【难度系数】
0.6

1.(2025·湖南)鸡蛋气室中的气体来源于空气。
气室中含量最高的气体是 （）

A.$N_2$
B.$O_2$
C.$CO_2$
D.$H_2$

1. A 空气的成分按体积分数计算,大约是氮气78%、氧气21%、氩气0.934%、二氧化碳0.038%、其他气体0.002%。由此可知,空气中体积分数含量最高的物质是氮气,化学式为$N_2$。

【分析】
本题解题思路为：首先明确鸡蛋气室中的气体来源于空气，接着回忆空气各成分的体积分数，对比选项找出含量最高的气体，即可得出答案。具体步骤：1. 确定气室气体来源为空气；2. 掌握空气的主要成分及体积占比；3. 匹配选项选出含量最高的气体。
【解析】
已知鸡蛋气室中的气体来源于空气，而空气的成分按体积分数计算：氮气约占78%，氧气约占21%，二氧化碳约占0.03%，氢气含量极低。对比选项，含量最高的气体是氮气（$N_2$），对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
空气的成分
【点评】
本题考查空气的成分相关基础知识，难度较低，只要牢记空气各成分的体积占比即可快速解答，属于基础题型。
【难度系数】
0.8

2. 下图为空气成分示意图(按体积分数计算),下列说法正确的是 ()


A.空气的成分是相对稳定的,主要由a和b组成
B.加热时,铜能和c反应生成黑色固体
C.a和c的体积比约为5:1
D.b的总含量约占空气总体积的2%

2. B

【分析】首先根据空气的体积分数确定图中各成分：空气按体积分数，氮气约78%（占比最大，对应a），氧气约21%（对应c），剩余的稀有气体、二氧化碳等其他气体和杂质对应b，总和约1%。再逐一分析选项：A选项，空气主要由氮气和氧气组成，不是a和b，错误；B选项，c是氧气，加热时铜与氧气反应生成黑色氧化铜，正确；C选项，氮气和氧气体积比约为4:1，不是5:1，错误；D选项，b的总含量约1%，不是2%，错误。
【解析】空气的成分按体积计算，大约是：氮气78%、氧气21%、稀有气体0.94%、二氧化碳0.03%、其他气体和杂质0.03%，因此图中a为氮气，c为氧气，b为其他气体和杂质。对各选项分析如下：
A选项：空气主要由氮气（a）和氧气（c）组成，并非a和b，该选项错误。
B选项：c为氧气，加热时铜能与氧气反应生成黑色的氧化铜固体，该选项正确。
C选项：氮气（a）和氧气（c）的体积比约为78%:21%≈4:1，并非5:1，该选项错误。
D选项：b（其他气体和杂质）的总含量约占空气总体积的1%，不是2%，该选项错误。
【答案】B
【知识点】空气的成分、氧气的化学性质
【点评】本题考查空气的成分及各成分的体积分数，以及氧气的化学性质，属于基础题型，需准确记忆空气各成分的体积分数，结合物质的反应性质判断选项。
【难度系数】0.7