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【例1】 图甲所示装置可用于测定空气中氧气的含量，图乙是用该装置测得实验过程中集气瓶内气压与时间的关系（该装置气密性良好，$p_0$是集气瓶内初始气压）。下列说法正确的是（）
①a点时反应刚好停止
②c点时反应刚好停止
③红磷点燃后要迅速放入瓶中
④集气瓶中气压瞬间变大是氧气被迅速消耗造成的
⑤b、c、d点集气瓶中所含物质相同
⑥c点时集气瓶冷却到初始温度
A.①③④⑥
B.②③④⑥
C.①③⑤
D.③⑤⑥
思路分析:掌握用燃烧法测定空气中氧气含量的实验原理。
答案:C
点拨:a点时气压最大,即放出的热量最多,此时红磷燃烧刚好停止,①正确,②错误。红磷点燃后要迅速放入瓶中,防止伸入过慢导致瓶内气体受热膨胀逸出,使测定结果偏大,③正确。集气瓶中气压瞬间变大是因为红磷燃烧放出大量的热,装置内的气体受热膨胀,④错误。在a点时反应刚好结束,故b、c、d点时集气瓶中所含物质相同,⑤正确。d点时集气瓶内气压不再减小,说明此时集气瓶冷却到初始温度,⑥错误。故①③⑤说法正确。
①a点时反应刚好停止
②c点时反应刚好停止
③红磷点燃后要迅速放入瓶中
④集气瓶中气压瞬间变大是氧气被迅速消耗造成的
⑤b、c、d点集气瓶中所含物质相同
⑥c点时集气瓶冷却到初始温度
A.①③④⑥
B.②③④⑥
C.①③⑤
D.③⑤⑥
思路分析:掌握用燃烧法测定空气中氧气含量的实验原理。
答案:C
点拨:a点时气压最大,即放出的热量最多,此时红磷燃烧刚好停止,①正确,②错误。红磷点燃后要迅速放入瓶中,防止伸入过慢导致瓶内气体受热膨胀逸出,使测定结果偏大,③正确。集气瓶中气压瞬间变大是因为红磷燃烧放出大量的热,装置内的气体受热膨胀,④错误。在a点时反应刚好结束,故b、c、d点时集气瓶中所含物质相同,⑤正确。d点时集气瓶内气压不再减小,说明此时集气瓶冷却到初始温度,⑥错误。故①③⑤说法正确。
答案
C
解析
【分析】
要解决这道题，需结合测定空气中氧气含量的实验原理，分析图乙中气压变化的意义：红磷燃烧放热，使集气瓶内气压增大，反应停止时放热最多，气压达到最高点（a点）；随后温度逐渐降低，气压下降，待冷却至初始温度后，气压稳定在比初始气压小的数值（d点）。再逐一判断各说法的正误，选出正确选项。
【解析】
逐一分析各说法：
1. ①a点时反应刚好停止：红磷燃烧放热，使瓶内气压增大，反应停止时放出的热量最多，气压达到最大值，故a点对应反应停止，①正确；
2. ②c点时反应刚好停止：反应在a点已停止，c点是温度降低过程中的点，②错误；
3. ③红磷点燃后要迅速放入瓶中：若伸入过慢，瓶内气体受热膨胀逸出，会导致测定结果偏大，故需迅速放入，③正确；
4. ④集气瓶中气压瞬间变大是氧气被迅速消耗造成的：气压瞬间变大是红磷燃烧放热使气体受热膨胀，而非氧气消耗，④错误；
5. ⑤b、c、d点集气瓶中所含物质相同：反应在a点已停止，b、c、d点只是温度变化，物质均为剩余气体和生成的五氧化二磷，所含物质相同，⑤正确；
6. ⑥c点时集气瓶冷却到初始温度：d点时气压不再减小，说明集气瓶冷却到初始温度，⑥错误。
综上，①③⑤正确，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
测定空气中氧气含量、气压变化分析
【点评】
本题结合气压传感器的实验图像，考查测定空气中氧气含量的实验原理，需准确区分反应停止点与冷却完成点，分析反应过程中温度、气压、物质的变化关系，是对实验细节分析能力的考查。
【难度系数】
0.5
要解决这道题，需结合测定空气中氧气含量的实验原理，分析图乙中气压变化的意义：红磷燃烧放热，使集气瓶内气压增大，反应停止时放热最多，气压达到最高点（a点）；随后温度逐渐降低，气压下降，待冷却至初始温度后，气压稳定在比初始气压小的数值（d点）。再逐一判断各说法的正误，选出正确选项。
【解析】
逐一分析各说法：
1. ①a点时反应刚好停止：红磷燃烧放热，使瓶内气压增大，反应停止时放出的热量最多，气压达到最大值，故a点对应反应停止，①正确；
2. ②c点时反应刚好停止：反应在a点已停止，c点是温度降低过程中的点，②错误；
3. ③红磷点燃后要迅速放入瓶中：若伸入过慢，瓶内气体受热膨胀逸出，会导致测定结果偏大，故需迅速放入，③正确；
4. ④集气瓶中气压瞬间变大是氧气被迅速消耗造成的：气压瞬间变大是红磷燃烧放热使气体受热膨胀，而非氧气消耗，④错误；
5. ⑤b、c、d点集气瓶中所含物质相同：反应在a点已停止，b、c、d点只是温度变化，物质均为剩余气体和生成的五氧化二磷，所含物质相同，⑤正确；
6. ⑥c点时集气瓶冷却到初始温度：d点时气压不再减小，说明集气瓶冷却到初始温度，⑥错误。
综上，①③⑤正确，对应选项C。
【答案】
C
【知识点】
测定空气中氧气含量、气压变化分析
【点评】
本题结合气压传感器的实验图像，考查测定空气中氧气含量的实验原理，需准确区分反应停止点与冷却完成点，分析反应过程中温度、气压、物质的变化关系，是对实验细节分析能力的考查。
【难度系数】
0.5
【例2】 如图,某化学研究小组在学习了“空气中氧气含量测定”实验的基础上,改进了教材中的实验装置Ⅰ,设计出实验装置Ⅱ,据图回答下列有关问题。
(1)装置Ⅰ:在实验过程中,经常出现实验结果偏小的情况,原因可能是,红磷燃烧的文字表达式为。能否用铁丝代替红磷?。理由:。
(2)装置Ⅱ:小组同学测定硬质玻璃管容积$V_1$为70 mL,注射器的活塞实验前停在30 mL处($V_2$为30 mL),按正确操作和有关数据计算,最终得出氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$,则注射器活塞最终停留在mL处。在实验加热过程中,缓慢推拉注射器活塞的目的是。若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算,则测出氧气占空气含量结果会偏(填“大”或“小”)。
思路分析:本题需从测定空气中氧气含量的实验原理、产生误差的原因以及铁丝在空气中不能燃烧等方面来解题。
答案:(1)红磷量不足或装置漏气或没有冷却至室温就打开弹簧夹等 红磷＋氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷 不能 铁丝不能在空气中燃烧 (2)10 使氧气充分反应 大
点拨:(1)在实验过程中,经常出现实验结果偏小的情况,原因可能是红磷量不足或装置漏气或没有冷却至室温就打开弹簧夹等;红磷燃烧生成五氧化二磷,反应的文字表达式为:红磷＋氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷;不能用铁丝代替红磷,是因为铁丝不能在空气中燃烧;(2)最终得出氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$,则注射器活塞最终停留在:30 mL－$(30\ \mathrm{mL}＋70\ \mathrm{mL})×\frac{1}{5}＝10\ \mathrm{mL}$处;在实验加热过程中,缓慢推拉注射器活塞的目的是使氧气充分反应;若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算,导致注射器的读数偏小,从而导致计算的氧气体积偏大,则测出氧气占空气含量结果会偏大。
(1)装置Ⅰ:在实验过程中,经常出现实验结果偏小的情况,原因可能是,红磷燃烧的文字表达式为。能否用铁丝代替红磷?。理由:。
(2)装置Ⅱ:小组同学测定硬质玻璃管容积$V_1$为70 mL,注射器的活塞实验前停在30 mL处($V_2$为30 mL),按正确操作和有关数据计算,最终得出氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$,则注射器活塞最终停留在mL处。在实验加热过程中,缓慢推拉注射器活塞的目的是。若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算,则测出氧气占空气含量结果会偏(填“大”或“小”)。
思路分析:本题需从测定空气中氧气含量的实验原理、产生误差的原因以及铁丝在空气中不能燃烧等方面来解题。
答案:(1)红磷量不足或装置漏气或没有冷却至室温就打开弹簧夹等 红磷＋氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷 不能 铁丝不能在空气中燃烧 (2)10 使氧气充分反应 大
点拨:(1)在实验过程中,经常出现实验结果偏小的情况,原因可能是红磷量不足或装置漏气或没有冷却至室温就打开弹簧夹等;红磷燃烧生成五氧化二磷,反应的文字表达式为:红磷＋氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷;不能用铁丝代替红磷,是因为铁丝不能在空气中燃烧;(2)最终得出氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$,则注射器活塞最终停留在:30 mL－$(30\ \mathrm{mL}＋70\ \mathrm{mL})×\frac{1}{5}＝10\ \mathrm{mL}$处;在实验加热过程中,缓慢推拉注射器活塞的目的是使氧气充分反应;若实验结束且冷却到室温后没有将气球内的气体全部挤出就读数计算,导致注射器的读数偏小,从而导致计算的氧气体积偏大,则测出氧气占空气含量结果会偏大。
答案
解：
(1) 红磷量不足（或装置漏气、没有冷却至室温就打开弹簧夹等合理答案）
红磷$+$氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
不能
铁丝不能在空气中燃烧
(2) 10
使氧气充分与铜粉接触，完全反应
大
(1) 红磷量不足（或装置漏气、没有冷却至室温就打开弹簧夹等合理答案）
红磷$+$氧气$\xrightarrow{点燃}$五氧化二磷
不能
铁丝不能在空气中燃烧
(2) 10
使氧气充分与铜粉接触，完全反应
大
解析
【分析】
本题围绕空气中氧气含量测定的两个实验装置展开，核心思路是利用可燃物与氧气反应，消耗装置内氧气，通过气体体积变化测定氧气体积分数。对于装置Ⅰ，需从可燃物量、装置气密性、温度等角度分析实验误差，结合铁丝的燃烧特性判断能否替代红磷；对于装置Ⅱ，需明确空气总体积的计算方法，理解推拉注射器的作用，以及未排出气球气体对实验结果的影响。
【解析】
(1) 装置Ⅰ实验结果偏小的原因：若红磷量不足，无法完全消耗瓶内氧气；若装置漏气，冷却过程中外界空气进入瓶内，导致压强差偏小；若未冷却至室温就打开弹簧夹，瓶内温度高、压强较大，水进入量少，这些情况都会使结果偏小。红磷燃烧是红磷与氧气在点燃条件下生成五氧化二磷，文字表达式为$\ce{红磷 + 氧气\xrightarrow{点燃} 五氧化二磷}$。铁丝不能在空气中燃烧，只能在纯氧中燃烧，因此不能用铁丝代替红磷。
(2) 装置Ⅱ中，空气总体积为硬质玻璃管容积$V_1$与注射器初始体积之和，即$70\ \mathrm{mL} + 30\ \mathrm{mL} = 100\ \mathrm{mL}$，氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$，则氧气体积为$100\ \mathrm{mL} × \frac{1}{5} = 20\ \mathrm{mL}$，因此注射器活塞最终停留位置为初始体积减去消耗的氧气体积，即$30\ \mathrm{mL} - 20\ \mathrm{mL} = 10\ \mathrm{mL}$。加热时缓慢推拉注射器活塞，可使空气流动，让氧气充分与铜粉接触，保证氧气完全反应。若实验结束冷却后未将气球内气体全部挤出，会导致装置内气体体积测量值偏小，计算出的氧气体积（减少的体积）偏大，因此测出的氧气含量结果偏大。
【答案】
(1) 红磷量不足（或装置漏气、没有冷却至室温就打开弹簧夹等合理答案）；$\ce{红磷 + 氧气\xrightarrow{点燃} 五氧化二磷}$；不能；铁丝不能在空气中燃烧
(2) 10；使氧气充分与铜粉接触，完全反应；大
【知识点】
空气中氧气含量测定、氧气的化学性质、实验误差分析
【点评】
本题是对空气中氧气含量测定实验的综合考查，涵盖实验原理、误差分析、文字表达式书写及改进装置的理解，需要学生掌握实验的核心逻辑，同时注意不同可燃物的反应特性，能有效检验学生的实验探究与分析能力。
【难度系数】
0.3
本题围绕空气中氧气含量测定的两个实验装置展开，核心思路是利用可燃物与氧气反应，消耗装置内氧气，通过气体体积变化测定氧气体积分数。对于装置Ⅰ，需从可燃物量、装置气密性、温度等角度分析实验误差，结合铁丝的燃烧特性判断能否替代红磷；对于装置Ⅱ，需明确空气总体积的计算方法，理解推拉注射器的作用，以及未排出气球气体对实验结果的影响。
【解析】
(1) 装置Ⅰ实验结果偏小的原因：若红磷量不足，无法完全消耗瓶内氧气；若装置漏气，冷却过程中外界空气进入瓶内，导致压强差偏小；若未冷却至室温就打开弹簧夹，瓶内温度高、压强较大，水进入量少，这些情况都会使结果偏小。红磷燃烧是红磷与氧气在点燃条件下生成五氧化二磷，文字表达式为$\ce{红磷 + 氧气\xrightarrow{点燃} 五氧化二磷}$。铁丝不能在空气中燃烧，只能在纯氧中燃烧，因此不能用铁丝代替红磷。
(2) 装置Ⅱ中，空气总体积为硬质玻璃管容积$V_1$与注射器初始体积之和，即$70\ \mathrm{mL} + 30\ \mathrm{mL} = 100\ \mathrm{mL}$，氧气约占空气体积的$\frac{1}{5}$，则氧气体积为$100\ \mathrm{mL} × \frac{1}{5} = 20\ \mathrm{mL}$，因此注射器活塞最终停留位置为初始体积减去消耗的氧气体积，即$30\ \mathrm{mL} - 20\ \mathrm{mL} = 10\ \mathrm{mL}$。加热时缓慢推拉注射器活塞，可使空气流动，让氧气充分与铜粉接触，保证氧气完全反应。若实验结束冷却后未将气球内气体全部挤出，会导致装置内气体体积测量值偏小，计算出的氧气体积（减少的体积）偏大，因此测出的氧气含量结果偏大。
【答案】
(1) 红磷量不足（或装置漏气、没有冷却至室温就打开弹簧夹等合理答案）；$\ce{红磷 + 氧气\xrightarrow{点燃} 五氧化二磷}$；不能；铁丝不能在空气中燃烧
(2) 10；使氧气充分与铜粉接触，完全反应；大
【知识点】
空气中氧气含量测定、氧气的化学性质、实验误差分析
【点评】
本题是对空气中氧气含量测定实验的综合考查，涵盖实验原理、误差分析、文字表达式书写及改进装置的理解，需要学生掌握实验的核心逻辑，同时注意不同可燃物的反应特性，能有效检验学生的实验探究与分析能力。
【难度系数】
0.3
