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2. 用如图所示装置测定空气中氧气的含量。量筒中先装入一定量的水，再将装有足量潮湿铁粉的矿泉水瓶(有效容积为 345 mL)旋紧瓶盖放入其中，一段时间后，观察到瓶子不再变瘪，记录反应前后数据如图所示。下列说法不正确的是
（
A.矿泉水瓶须气密性良好
B.实验原理为铁生锈消耗氧气，使瓶内压强减小
C.实验测得氧气的体积分数约为 20.87％
D.铁粉用量越多，测得的氧气的体积分数越大
（
D
）A.矿泉水瓶须气密性良好
B.实验原理为铁生锈消耗氧气，使瓶内压强减小
C.实验测得氧气的体积分数约为 20.87％
D.铁粉用量越多，测得的氧气的体积分数越大
答案
2.D
解析
【分析】
要解决这道题，需结合铁生锈的原理和测定空气中氧气含量的实验要点分析各选项：首先明确实验原理是铁生锈消耗瓶内氧气，使瓶内压强减小，量筒中的水进入瓶中，进入水的体积即为消耗氧气的体积；再逐一判断选项的正误：A选项涉及装置气密性的要求，B选项是实验原理，C选项需计算氧气体积分数，D选项分析铁粉用量对结果的影响。
【解析】
逐一分析各选项：
A. 矿泉水瓶须气密性良好，若气密性不好，外界空气会进入瓶内，导致瓶内压强变化不明显，实验结果不准确，该说法正确；
B. 铁生锈是铁与氧气、水发生缓慢氧化反应，消耗瓶内氧气，使瓶内气体减少、压强减小，该说法正确；
C. 消耗氧气的体积等于量筒中减少的水的体积，即$850\ \mathrm{mL} - 778\ \mathrm{mL}=72\ \mathrm{mL}$，矿泉水瓶有效容积为$345\ \mathrm{mL}$，因此氧气的体积分数为$\frac{72\ \mathrm{mL}}{345\ \mathrm{mL}}×100\%≈20.87\%$，该说法正确；
D. 实验中铁粉需足量，才能将瓶内氧气完全消耗；当铁粉足量时，氧气已完全反应，继续增加铁粉，不会再消耗氧气，测得的氧气体积分数不变，该说法错误。
综上，不正确的说法是D，故选D。
【答案】
D
【知识点】
空气中氧气含量测定、铁生锈原理
【点评】
本题考查测定空气中氧气含量的实验，利用铁生锈耗氧的原理，需掌握实验的注意事项（如装置气密性）、原理、氧气体积分数的计算方法，以及对实验变量（铁粉用量）的分析，易错点在于误认为铁粉用量越多结果越准确。
【难度系数】
0.5
要解决这道题，需结合铁生锈的原理和测定空气中氧气含量的实验要点分析各选项：首先明确实验原理是铁生锈消耗瓶内氧气，使瓶内压强减小，量筒中的水进入瓶中，进入水的体积即为消耗氧气的体积；再逐一判断选项的正误：A选项涉及装置气密性的要求，B选项是实验原理，C选项需计算氧气体积分数，D选项分析铁粉用量对结果的影响。
【解析】
逐一分析各选项：
A. 矿泉水瓶须气密性良好，若气密性不好，外界空气会进入瓶内，导致瓶内压强变化不明显，实验结果不准确，该说法正确；
B. 铁生锈是铁与氧气、水发生缓慢氧化反应，消耗瓶内氧气，使瓶内气体减少、压强减小，该说法正确；
C. 消耗氧气的体积等于量筒中减少的水的体积，即$850\ \mathrm{mL} - 778\ \mathrm{mL}=72\ \mathrm{mL}$，矿泉水瓶有效容积为$345\ \mathrm{mL}$，因此氧气的体积分数为$\frac{72\ \mathrm{mL}}{345\ \mathrm{mL}}×100\%≈20.87\%$，该说法正确；
D. 实验中铁粉需足量，才能将瓶内氧气完全消耗；当铁粉足量时，氧气已完全反应，继续增加铁粉，不会再消耗氧气，测得的氧气体积分数不变，该说法错误。
综上，不正确的说法是D，故选D。
【答案】
D
【知识点】
空气中氧气含量测定、铁生锈原理
【点评】
本题考查测定空气中氧气含量的实验，利用铁生锈耗氧的原理，需掌握实验的注意事项（如装置气密性）、原理、氧气体积分数的计算方法，以及对实验变量（铁粉用量）的分析，易错点在于误认为铁粉用量越多结果越准确。
【难度系数】
0.5
3. 用如图所示装置测定空气中氧气的含量,其中集气瓶的容积为200 mL,量筒的容量为250 mL,实验步骤如下(装置的气密性良好,部分操作已略去):
Ⅰ. 打开弹簧夹a和b,向集气瓶中缓慢鼓入一定量的空气,稍后,测得进入量筒中的水的体积为$V_1$ mL;
Ⅱ. 用高能激光笔照射,引燃白磷;
Ⅲ. 待白磷熄灭并冷却至室温,测得量筒中的水的体积变为$V_2$ mL;
Ⅳ. 计算空气中氧气的体积分数。
对于该实验有下列几种说法,其中正确的是 （
①步骤Ⅰ中,鼓入空气的体积可以是小于200 mL的任意体积
②步骤Ⅱ中,白磷燃烧时可以不关闭弹簧夹a和b
③步骤Ⅲ中,未冷却至室温会使测得的$V_2$数值偏大
④步骤Ⅳ中,求得氧气的体积分数等于$\dfrac{V_1 - V_2}{V_1} × 100\%$
⑤该实验装置与教材上的装置相比更环保,结果也更准确
A.①②⑤
B.②③⑤
C.③④⑤
D.②④⑤
Ⅰ. 打开弹簧夹a和b,向集气瓶中缓慢鼓入一定量的空气,稍后,测得进入量筒中的水的体积为$V_1$ mL;
Ⅱ. 用高能激光笔照射,引燃白磷;
Ⅲ. 待白磷熄灭并冷却至室温,测得量筒中的水的体积变为$V_2$ mL;
Ⅳ. 计算空气中氧气的体积分数。
对于该实验有下列几种说法,其中正确的是 （
C
）①步骤Ⅰ中,鼓入空气的体积可以是小于200 mL的任意体积
②步骤Ⅱ中,白磷燃烧时可以不关闭弹簧夹a和b
③步骤Ⅲ中,未冷却至室温会使测得的$V_2$数值偏大
④步骤Ⅳ中,求得氧气的体积分数等于$\dfrac{V_1 - V_2}{V_1} × 100\%$
⑤该实验装置与教材上的装置相比更环保,结果也更准确
A.①②⑤
B.②③⑤
C.③④⑤
D.②④⑤
答案
3.C
解析
【分析】
首先明确实验原理：该装置通过鼓入空气，将集气瓶内的水排入量筒，量筒减少的水体积（V₁）等于集气瓶内空气的体积；白磷燃烧消耗集气瓶内氧气，冷却后，量筒中的水进入集气瓶，量筒剩余水体积为V₂，量筒减少的水体积（V₁-V₂）等于集气瓶内氧气的体积。再逐一分析各说法：
1. 步骤Ⅰ：鼓入空气的体积需等于集气瓶内空气体积，不能是任意体积，否则无法准确测定空气体积，故①错误；
2. 步骤Ⅱ：白磷燃烧放热，若不关闭弹簧夹a、b，气体会从b逸出，导致后续数据不准确，需关闭弹簧夹，故②错误；
3. 步骤Ⅲ：未冷却至室温时，集气瓶内温度高、压强较大，水进入集气瓶的量少，量筒中剩余水体积V₂偏大，故③正确；
4. 步骤Ⅳ：氧气的体积为V₁-V₂，空气体积为V₁，故氧气体积分数为$\frac{V_1 - V_2}{V_1}×100\%$，故④正确；
5. 该装置用激光引燃白磷，密封操作，避免了教材装置中点燃后伸入集气瓶导致的气体逸出和污染，结果更准确且环保，故⑤正确。综上，正确的是③④⑤，对应选项C。
【解析】
本题考查空气中氧气含量的测定，需结合实验原理分析各步骤的操作及误差：
步骤Ⅰ：打开a、b鼓入空气，集气瓶内空气将水压入量筒，量筒中水体积变化V₁即为集气瓶内空气体积，鼓入空气体积需匹配集气瓶容积，不能任意，①错误；
步骤Ⅱ：白磷燃烧放热，气体膨胀，若不关闭a、b，气体会从b排出，导致后续氧气体积测定偏小，需关闭弹簧夹，②错误；
步骤Ⅲ：未冷却至室温，集气瓶内气体温度高、压强未降至室温，水进入集气瓶的量少，量筒剩余水V₂偏大，③正确；
步骤Ⅳ：氧气体积为V₁-V₂，空气体积为V₁，故氧气体积分数为$\frac{V_1 - V_2}{V_1}×100\%$，④正确；
该装置密封操作，避免了教材装置中点燃白磷伸入集气瓶时的气体逸出，更环保且结果准确，⑤正确。因此正确选项为C。
【答案】
C
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验误差分析
【点评】
本题围绕测定空气中氧气含量的实验展开，重点考查实验操作的合理性、误差分析及装置的优缺点，需理解实验原理，逐一分析各说法的正误，难度适中。
【难度系数】
0.5
首先明确实验原理：该装置通过鼓入空气，将集气瓶内的水排入量筒，量筒减少的水体积（V₁）等于集气瓶内空气的体积；白磷燃烧消耗集气瓶内氧气，冷却后，量筒中的水进入集气瓶，量筒剩余水体积为V₂，量筒减少的水体积（V₁-V₂）等于集气瓶内氧气的体积。再逐一分析各说法：
1. 步骤Ⅰ：鼓入空气的体积需等于集气瓶内空气体积，不能是任意体积，否则无法准确测定空气体积，故①错误；
2. 步骤Ⅱ：白磷燃烧放热，若不关闭弹簧夹a、b，气体会从b逸出，导致后续数据不准确，需关闭弹簧夹，故②错误；
3. 步骤Ⅲ：未冷却至室温时，集气瓶内温度高、压强较大，水进入集气瓶的量少，量筒中剩余水体积V₂偏大，故③正确；
4. 步骤Ⅳ：氧气的体积为V₁-V₂，空气体积为V₁，故氧气体积分数为$\frac{V_1 - V_2}{V_1}×100\%$，故④正确；
5. 该装置用激光引燃白磷，密封操作，避免了教材装置中点燃后伸入集气瓶导致的气体逸出和污染，结果更准确且环保，故⑤正确。综上，正确的是③④⑤，对应选项C。
【解析】
本题考查空气中氧气含量的测定，需结合实验原理分析各步骤的操作及误差：
步骤Ⅰ：打开a、b鼓入空气，集气瓶内空气将水压入量筒，量筒中水体积变化V₁即为集气瓶内空气体积，鼓入空气体积需匹配集气瓶容积，不能任意，①错误；
步骤Ⅱ：白磷燃烧放热，气体膨胀，若不关闭a、b，气体会从b排出，导致后续氧气体积测定偏小，需关闭弹簧夹，②错误；
步骤Ⅲ：未冷却至室温，集气瓶内气体温度高、压强未降至室温，水进入集气瓶的量少，量筒剩余水V₂偏大，③正确；
步骤Ⅳ：氧气体积为V₁-V₂，空气体积为V₁，故氧气体积分数为$\frac{V_1 - V_2}{V_1}×100\%$，④正确；
该装置密封操作，避免了教材装置中点燃白磷伸入集气瓶时的气体逸出，更环保且结果准确，⑤正确。因此正确选项为C。
【答案】
C
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验误差分析
【点评】
本题围绕测定空气中氧气含量的实验展开，重点考查实验操作的合理性、误差分析及装置的优缺点，需理解实验原理，逐一分析各说法的正误，难度适中。
【难度系数】
0.5
4. 测定空气中氧气的含量实验再探究。
【实验改进】用如图1所示的装置进行空气中氧气含量的测定实验。V形管内有空气和足量的白磷。（白磷燃烧所需最低温度为$40\ °\mathrm{C}$）
(1)已知白磷与红磷在空气中燃烧的生成物相同，写出白磷在空气中燃烧的文字表达式：
。
(2)如果装置的气密性不好，那么测出的氧气的体积分数
(3)与教材上的装置相比，该装置的优点是
(4)已知V形管的容积为100 mL，量筒内有80 mL水，待白磷熄灭，装置冷却后打开弹簧夹，量筒中的水倒吸入V形管内，理论上可观察到量筒内液面下降至
【拓展思考】把红磷换成木炭进行实验，能否准确测定空气中氧气的含量？
(5)同学们设计如图2所示的实验。实验时先关闭$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{2}$、$\mathrm{K}_{3}$，再将足量的红磷、木炭点燃后分别同时伸入大小相同的两个集气瓶中。待反应完毕，装置冷却至室温后，应进行的合理操作是
A. 先打开$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{2}$，一段时间后，再打开$\mathrm{K}_{3}$
B. 先打开$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{3}$，一段时间后，再关闭$\mathrm{K}_{1}$、打开$\mathrm{K}_{2}$
(6)在操作全部正确的情况下，进入集气瓶A中水的体积
【深入探究】同学们再用如图3所示装置进行实验，测得气体的浓度（即气体的体积分数）变化如图4所示。
已知：①澄清石灰水可以吸收二氧化碳气体；②理论上每消耗1个氧分子就产生1个二氧化碳分子；③同温同压下，两种气体的体积之比等于其分子数目之比。
(7)通过上述探究可知，用木炭不能准确测定空气中氧气的含量，理由是
(8)图4中测得二氧化碳的浓度偏小，约为4.5％，可能的原因是
【实验改进】用如图1所示的装置进行空气中氧气含量的测定实验。V形管内有空气和足量的白磷。（白磷燃烧所需最低温度为$40\ °\mathrm{C}$）
(1)已知白磷与红磷在空气中燃烧的生成物相同，写出白磷在空气中燃烧的文字表达式：
白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷
。
(2)如果装置的气密性不好，那么测出的氧气的体积分数
小于
（选填“大于”“小于”或“等于”）21％。(3)与教材上的装置相比，该装置的优点是
实验结果更准确(或减少空气污染)
（写一点即可）。(4)已知V形管的容积为100 mL，量筒内有80 mL水，待白磷熄灭，装置冷却后打开弹簧夹，量筒中的水倒吸入V形管内，理论上可观察到量筒内液面下降至
59(或60)
mL刻度处。【拓展思考】把红磷换成木炭进行实验，能否准确测定空气中氧气的含量？
(5)同学们设计如图2所示的实验。实验时先关闭$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{2}$、$\mathrm{K}_{3}$，再将足量的红磷、木炭点燃后分别同时伸入大小相同的两个集气瓶中。待反应完毕，装置冷却至室温后，应进行的合理操作是
B
（填序号）。A. 先打开$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{2}$，一段时间后，再打开$\mathrm{K}_{3}$
B. 先打开$\mathrm{K}_{1}$、$\mathrm{K}_{3}$，一段时间后，再关闭$\mathrm{K}_{1}$、打开$\mathrm{K}_{2}$
(6)在操作全部正确的情况下，进入集气瓶A中水的体积
＞
（选填“＞”“＜”或“＝”）进入集气瓶B中水的体积。【深入探究】同学们再用如图3所示装置进行实验，测得气体的浓度（即气体的体积分数）变化如图4所示。
已知：①澄清石灰水可以吸收二氧化碳气体；②理论上每消耗1个氧分子就产生1个二氧化碳分子；③同温同压下，两种气体的体积之比等于其分子数目之比。
(7)通过上述探究可知，用木炭不能准确测定空气中氧气的含量，理由是
木炭燃烧消耗氧气的同时会产生二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变
。(8)图4中测得二氧化碳的浓度偏小，约为4.5％，可能的原因是
部分二氧化碳被澄清石灰水吸收(或木炭燃烧产生其他气体)
（写一点即可）。答案
4.(1)白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷 (2)小于 (3)实验结果更准确(或减少空气污染) (4)59(或60) (5)B (6)＞ (7)木炭燃烧消耗氧气的同时会产生二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变 (8)部分二氧化碳被澄清石灰水吸收(或木炭燃烧产生其他气体)
解析
【分析】
本题围绕空气中氧气含量测定实验展开，通过改进装置、更换可燃物（白磷、木炭）考查实验原理、误差分析、装置评价、操作顺序等知识点。解题时需明确：①白磷燃烧的反应表达式；②装置气密性对实验结果的影响（气密性不好会有空气进入，导致测得氧气体积偏小）；③改进装置的优点（更环保、结果更准）；④氧气体积约占空气的21%，据此计算倒吸水的体积；⑤对比红磷和木炭燃烧产物的差异（红磷生成固体，木炭生成气体），分析实验操作和结果；⑥木炭不能测的原因是生成CO₂导致压强变化小；⑦CO₂浓度偏小的原因可能是被吸收或有其他气体生成。
【解析】
(1) 白磷在空气中与氧气反应，点燃条件下生成五氧化二磷，文字表达式为：白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷。
(2) 若装置气密性不好，反应后外界空气会进入装置，导致进入装置的水体积偏小，测出的氧气体积分数小于21%。
(3) 该装置为密闭体系，白磷燃烧生成的五氧化二磷不会逸散到空气中，更环保，且避免了空气逸出带来的误差，实验结果更准确（合理即可）。
(4) V形管容积100 mL，氧气约占空气体积的21%，则氧气体积为100 mL×21%=21 mL，冷却后打开弹簧夹，倒吸的水体积等于氧气体积，量筒原有80 mL水，故液面下降至80 mL -21 mL=59 mL（若近似按20%计算则为60 mL，故填59或60）。
(5) 需先打开K₁、K₃，待两个集气瓶冷却后，再关闭K₁、打开K₂，通过量筒水的进入情况对比红磷和木炭的实验结果，故选B。
(6) 红磷燃烧生成固体五氧化二磷，集气瓶A内压强减小明显，进入水的体积约为氧气体积；木炭燃烧生成二氧化碳，集气瓶B内压强变化小，进入水的体积小，故进入A的水体积＞进入B的。
(7) 木炭燃烧消耗氧气的同时生成二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变，无法形成明显压强差，因此不能准确测定空气中氧气的含量。
(8) 二氧化碳能被澄清石灰水吸收，或木炭燃烧可能生成一氧化碳等其他气体，导致测得的二氧化碳浓度偏小（合理即可）。
【答案】
(1) 白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷
(2) 小于
(3) 实验结果更准确(或减少空气污染)
(4) 59(或60)
(5) B
(6) ＞
(7) 木炭燃烧消耗氧气的同时会产生二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变
(8) 部分二氧化碳被澄清石灰水吸收(或木炭燃烧产生其他气体)
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验装置评价、碳的化学性质
【点评】
本题是对空气中氧气含量测定实验的深度探究，通过改进装置、更换可燃物，综合考查实验原理、误差分析、操作顺序等知识点，能有效培养学生的实验探究与逻辑分析能力，属于中等难度的实验综合题。
【难度系数】
0.6
本题围绕空气中氧气含量测定实验展开，通过改进装置、更换可燃物（白磷、木炭）考查实验原理、误差分析、装置评价、操作顺序等知识点。解题时需明确：①白磷燃烧的反应表达式；②装置气密性对实验结果的影响（气密性不好会有空气进入，导致测得氧气体积偏小）；③改进装置的优点（更环保、结果更准）；④氧气体积约占空气的21%，据此计算倒吸水的体积；⑤对比红磷和木炭燃烧产物的差异（红磷生成固体，木炭生成气体），分析实验操作和结果；⑥木炭不能测的原因是生成CO₂导致压强变化小；⑦CO₂浓度偏小的原因可能是被吸收或有其他气体生成。
【解析】
(1) 白磷在空气中与氧气反应，点燃条件下生成五氧化二磷，文字表达式为：白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷。
(2) 若装置气密性不好，反应后外界空气会进入装置，导致进入装置的水体积偏小，测出的氧气体积分数小于21%。
(3) 该装置为密闭体系，白磷燃烧生成的五氧化二磷不会逸散到空气中，更环保，且避免了空气逸出带来的误差，实验结果更准确（合理即可）。
(4) V形管容积100 mL，氧气约占空气体积的21%，则氧气体积为100 mL×21%=21 mL，冷却后打开弹簧夹，倒吸的水体积等于氧气体积，量筒原有80 mL水，故液面下降至80 mL -21 mL=59 mL（若近似按20%计算则为60 mL，故填59或60）。
(5) 需先打开K₁、K₃，待两个集气瓶冷却后，再关闭K₁、打开K₂，通过量筒水的进入情况对比红磷和木炭的实验结果，故选B。
(6) 红磷燃烧生成固体五氧化二磷，集气瓶A内压强减小明显，进入水的体积约为氧气体积；木炭燃烧生成二氧化碳，集气瓶B内压强变化小，进入水的体积小，故进入A的水体积＞进入B的。
(7) 木炭燃烧消耗氧气的同时生成二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变，无法形成明显压强差，因此不能准确测定空气中氧气的含量。
(8) 二氧化碳能被澄清石灰水吸收，或木炭燃烧可能生成一氧化碳等其他气体，导致测得的二氧化碳浓度偏小（合理即可）。
【答案】
(1) 白磷＋氧气$\xrightarrow{\mathrm{点燃}}$五氧化二磷
(2) 小于
(3) 实验结果更准确(或减少空气污染)
(4) 59(或60)
(5) B
(6) ＞
(7) 木炭燃烧消耗氧气的同时会产生二氧化碳气体，瓶内压强几乎不变
(8) 部分二氧化碳被澄清石灰水吸收(或木炭燃烧产生其他气体)
【知识点】
空气中氧气含量测定、实验装置评价、碳的化学性质
【点评】
本题是对空气中氧气含量测定实验的深度探究，通过改进装置、更换可燃物，综合考查实验原理、误差分析、操作顺序等知识点，能有效培养学生的实验探究与逻辑分析能力，属于中等难度的实验综合题。
【难度系数】
0.6
