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3. 下图是测定空气组成实验的新设计,测定操作过程为:往有机玻璃管右侧装入足量的食品脱氧剂(主要成分为活性铁粉),并迅速向有机玻璃管左侧注入一滴水,测出 AO 的长度为$L_{1}$(如图1所示)。然后轻轻抖动有机玻璃管,使食品脱氧剂粉末平铺在有机玻璃管右侧,待水滴停止移动后,测得 AB 的长度为$L_{2}$(如图2所示)。下列说法不正确的是 （
A.该实验是利用铁锈蚀的原理测定空气中氧气的体积分数
B.将食品脱氧剂粉末平铺在有机玻璃管中的目的是加快反应速率
C.用该方法测得的空气中氧气的体积分数为$\dfrac{L_{1}-L_{2}}{L_{1}}×100\%$
D.用该方法测得的实验结果的精确度与有机玻璃管的粗细有关
C
）A.该实验是利用铁锈蚀的原理测定空气中氧气的体积分数
B.将食品脱氧剂粉末平铺在有机玻璃管中的目的是加快反应速率
C.用该方法测得的空气中氧气的体积分数为$\dfrac{L_{1}-L_{2}}{L_{1}}×100\%$
D.用该方法测得的实验结果的精确度与有机玻璃管的粗细有关
答案
3.C
解析
【分析】
这道题考查测定空气中氧气体积分数的实验，解题思路是：先明确实验原理（铁锈蚀消耗氧气，使装置内压强减小，水滴移动），再逐一分析每个选项，结合实验操作目的、氧气体积分数的计算方法、实验精确度的影响因素，判断选项正误，找出不正确的说法。
【解析】
逐一分析各选项：
1. 选项A：铁锈蚀是铁与氧气、水发生反应，消耗装置内的氧气，使装置内压强减小，水滴移动，该实验正是利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数，A说法正确。
2. 选项B：将食品脱氧剂粉末平铺，可增大脱氧剂与空气的接触面积，从而加快反应速率，B说法正确。
3. 选项C：脱氧前空气总长度为$AO=L_1$，脱氧后水滴移动到B，剩余气体长度为$BO=AO-AB=L_1-L_2$，因此消耗氧气对应的长度为水滴移动距离$AB=L_2$，空气中氧气的体积分数应为$\frac{L_2}{L_1}×100\%$，而非$\frac{L_1-L_2}{L_1}×100\%$，C说法错误。
4. 选项D：有机玻璃管的粗细（横截面积）会影响体积计算（体积=横截面积×长度），因此实验结果的精确度与有机玻璃管的粗细有关，D说法正确。
【答案】
C
【知识点】
测定空气中氧气体积分数、铁锈蚀原理、实验误差分析
【点评】
本题通过创新实验装置考查测定空气中氧气体积分数的核心知识点，重点考查学生对实验原理、操作目的、体积分数计算的理解，易错点在于氧气体积对应长度的判断，需明确水滴移动距离与氧气体积的关系。
【难度系数】
0.5
这道题考查测定空气中氧气体积分数的实验，解题思路是：先明确实验原理（铁锈蚀消耗氧气，使装置内压强减小，水滴移动），再逐一分析每个选项，结合实验操作目的、氧气体积分数的计算方法、实验精确度的影响因素，判断选项正误，找出不正确的说法。
【解析】
逐一分析各选项：
1. 选项A：铁锈蚀是铁与氧气、水发生反应，消耗装置内的氧气，使装置内压强减小，水滴移动，该实验正是利用铁锈蚀原理测定空气中氧气的体积分数，A说法正确。
2. 选项B：将食品脱氧剂粉末平铺，可增大脱氧剂与空气的接触面积，从而加快反应速率，B说法正确。
3. 选项C：脱氧前空气总长度为$AO=L_1$，脱氧后水滴移动到B，剩余气体长度为$BO=AO-AB=L_1-L_2$，因此消耗氧气对应的长度为水滴移动距离$AB=L_2$，空气中氧气的体积分数应为$\frac{L_2}{L_1}×100\%$，而非$\frac{L_1-L_2}{L_1}×100\%$，C说法错误。
4. 选项D：有机玻璃管的粗细（横截面积）会影响体积计算（体积=横截面积×长度），因此实验结果的精确度与有机玻璃管的粗细有关，D说法正确。
【答案】
C
【知识点】
测定空气中氧气体积分数、铁锈蚀原理、实验误差分析
【点评】
本题通过创新实验装置考查测定空气中氧气体积分数的核心知识点，重点考查学生对实验原理、操作目的、体积分数计算的理解，易错点在于氧气体积对应长度的判断，需明确水滴移动距离与氧气体积的关系。
【难度系数】
0.5
4. 空气中氧气体积分数测定实验的再认识。
Ⅰ.用红磷测定空气中氧气的体积分数
(1)如图1实验,测得空气中氧气的体积分数小于五分之一,可能的原因是
A.燃烧匙伸入集气瓶太慢
B.红磷的量不足
C.实验开始前弹簧夹未夹紧
D.装置漏气
(2)若将燃烧匙中的红磷换成炭粉,实验
Ⅱ.用镁条测定空气中氧气的体积分数
(3)某同学利用图2实验测定空气中氧气的体积分数时,发现产物中还出现少许黄色固体。
已知:镁能与氮气反应生成淡黄色的氮化镁固体,写出该反应的文字表达式:
Ⅲ.用铁粉测定空气中氧气的体积分数
(4)查阅资料:铁生锈是铁与氧气和水蒸气共同作用的结果,氯化钠溶液可加速铁生锈。某同学根据铁生锈的原理,用铁粉测定空气中氧气的体积分数,设计了如图3所示的实验，8 min后测得数据如下表所示。
根据表中数据计算得出空气中氧气的体积分数为
Ⅳ.用白磷测定空气中氧气的体积分数
某同学设计了如图4所示的实验装置测定空气中氧气的体积分数,在一个耐
热容器的底部放一块足量的白磷,然后迅速将活塞下压(可迅速提高容器内空气的温度)后放手,容器中的白磷开始燃烧。(已知:白磷的体积忽略不计,白磷在空气中燃烧所需的最低温度为40 ℃)
(5)检查装置的气密性:向下压活塞,放手后若活塞
(6)该实验过程中活塞的运动情况为
(7)结合你的学习经验,若要寻找红磷、白磷、铁粉除氧剂的替代物来测定空气中氧气的体积分数,该替代物应满足的条件有
Ⅰ.用红磷测定空气中氧气的体积分数
(1)如图1实验,测得空气中氧气的体积分数小于五分之一,可能的原因是
BD
(填序号)。A.燃烧匙伸入集气瓶太慢
B.红磷的量不足
C.实验开始前弹簧夹未夹紧
D.装置漏气
(2)若将燃烧匙中的红磷换成炭粉,实验
不能
(选填“能”或“不能”)成功,其原因是炭粉燃烧会生成二氧化碳气体,装置内压强变化不大
。Ⅱ.用镁条测定空气中氧气的体积分数
(3)某同学利用图2实验测定空气中氧气的体积分数时,发现产物中还出现少许黄色固体。
已知:镁能与氮气反应生成淡黄色的氮化镁固体,写出该反应的文字表达式:
$镁+氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁$
。在操作规范的情况下,该同学实验所测得的氧气的体积分数大于
(选填“大于”“小于”或“等于”)五分之一。Ⅲ.用铁粉测定空气中氧气的体积分数
(4)查阅资料:铁生锈是铁与氧气和水蒸气共同作用的结果,氯化钠溶液可加速铁生锈。某同学根据铁生锈的原理,用铁粉测定空气中氧气的体积分数,设计了如图3所示的实验，8 min后测得数据如下表所示。
根据表中数据计算得出空气中氧气的体积分数为
20.8%
。与用红磷燃烧的方法相比,用该方法测定空气中氧气的体积分数的主要优点是更环保
、结果更准确
。Ⅳ.用白磷测定空气中氧气的体积分数
某同学设计了如图4所示的实验装置测定空气中氧气的体积分数,在一个耐
热容器的底部放一块足量的白磷,然后迅速将活塞下压(可迅速提高容器内空气的温度)后放手,容器中的白磷开始燃烧。(已知:白磷的体积忽略不计,白磷在空气中燃烧所需的最低温度为40 ℃)
(5)检查装置的气密性:向下压活塞,放手后若活塞
回到原来的位置
,说明装置的气密性良好。(6)该实验过程中活塞的运动情况为
先向上后向下移动,最终停在刻度4处
。(7)结合你的学习经验,若要寻找红磷、白磷、铁粉除氧剂的替代物来测定空气中氧气的体积分数,该替代物应满足的条件有
只能与空气中的氧气反应;反应后不生成气体
。答案
4. (1)BD (2)不能 炭粉燃烧会生成二氧化碳气体,装置内压强变化不大 (3)$镁+氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁$ 大于 (4)20.8% 更环保 结果更准确 (5)回到原来的位置 (6)先向上后向下移动,最终停在刻度4处 (7)只能与空气中的氧气反应;反应后不生成气体
解析
【分析】
本题围绕空气中氧气体积分数测定的多种实验方法展开，需结合不同实验的原理、误差来源、物质性质逐一分析：
1. 红磷实验的误差分析：氧气体积分数小于1/5的原因是氧气未完全消耗或装置内压强减小不足，需判断各选项对结果的影响；
2. 炭粉替代红磷的可行性：根据燃烧产物的状态判断装置内压强变化；
3. 镁条实验的误差：镁不仅与氧气反应还与氮气反应，消耗气体更多，导致结果偏大；
4. 铁粉实验的计算与优点：根据反应后压强变化计算氧气体积分数，对比红磷实验的优缺点；
5. 白磷实验的气密性检查与活塞运动：利用气压变化和氧气的体积占比分析活塞的移动；
6. 替代物的条件：从反应对象和产物状态两方面分析。
【解析】
(1) 逐一分析选项：
A. 燃烧匙伸入集气瓶太慢，瓶内空气受热逸出，导致进入水的体积偏大，氧气体积分数偏大，不符合；
B. 红磷量不足，无法将瓶内氧气完全消耗，进入水的体积偏小，氧气体积分数小于1/5，符合；
C. 实验开始前弹簧夹未夹紧，燃烧时瓶内空气受热从导管逸出，进入水的体积偏大，结果偏大，不符合；
D. 装置漏气，冷却时外界空气进入瓶内，瓶内压强变化小，进入水的体积偏小，结果偏小，符合；故答案为BD。
(2) 炭粉燃烧生成二氧化碳气体，装置内压强几乎不变，水无法进入集气瓶，因此实验不能成功。
(3) 镁与氮气在点燃条件下反应生成氮化镁，文字表达式为：$\ce{镁 + 氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁}$；镁不仅与氧气反应，还与氮气反应，消耗的气体体积大于氧气的体积，因此测得的氧气体积分数大于五分之一。
(4) 根据实验数据计算，空气中氧气的体积分数为20.8%；与红磷燃烧法相比，铁粉法不需要点燃，更环保，且反应更彻底，测定结果更准确。
(5) 检查装置气密性时，向下压活塞，装置内气压增大，若气密性良好，放手后活塞会在气压作用下回到原来的位置。
(6) 下压活塞，压缩空气使温度达到白磷的着火点，白磷燃烧放热，装置内气压增大，活塞向上移动；反应结束后温度冷却至室温，装置内气压减小，活塞向下移动；氧气约占空气体积的1/5，最终活塞停在刻度4处，故活塞运动情况为：先向上后向下移动，最终停在刻度4处。
(7) 替代物需满足：只能与空气中的氧气反应，不与其他气体反应；反应后不生成气体，这样才能使装置内压强减小，准确测定空气中氧气的体积分数。
【答案】
(1) BD (2) 不能 炭粉燃烧会生成二氧化碳气体，装置内压强变化不大 (3) $\ce{镁 + 氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁}$ 大于 (4) 20.8% 更环保 结果更准确 (5) 回到原来的位置 (6) 先向上后向下移动，最终停在刻度4处 (7) 只能与空气中的氧气反应；反应后不生成气体
【知识点】
空气中氧气体积分数测定、实验误差分析、铁的锈蚀
【点评】
本题综合考查空气中氧气体积分数测定的多种实验方案，涵盖误差分析、物质性质应用、实验设计等知识点，需要学生掌握不同测定方法的原理及注意事项，对综合分析能力要求较高。
【难度系数】
0.4
本题围绕空气中氧气体积分数测定的多种实验方法展开，需结合不同实验的原理、误差来源、物质性质逐一分析：
1. 红磷实验的误差分析：氧气体积分数小于1/5的原因是氧气未完全消耗或装置内压强减小不足，需判断各选项对结果的影响；
2. 炭粉替代红磷的可行性：根据燃烧产物的状态判断装置内压强变化；
3. 镁条实验的误差：镁不仅与氧气反应还与氮气反应，消耗气体更多，导致结果偏大；
4. 铁粉实验的计算与优点：根据反应后压强变化计算氧气体积分数，对比红磷实验的优缺点；
5. 白磷实验的气密性检查与活塞运动：利用气压变化和氧气的体积占比分析活塞的移动；
6. 替代物的条件：从反应对象和产物状态两方面分析。
【解析】
(1) 逐一分析选项：
A. 燃烧匙伸入集气瓶太慢，瓶内空气受热逸出，导致进入水的体积偏大，氧气体积分数偏大，不符合；
B. 红磷量不足，无法将瓶内氧气完全消耗，进入水的体积偏小，氧气体积分数小于1/5，符合；
C. 实验开始前弹簧夹未夹紧，燃烧时瓶内空气受热从导管逸出，进入水的体积偏大，结果偏大，不符合；
D. 装置漏气，冷却时外界空气进入瓶内，瓶内压强变化小，进入水的体积偏小，结果偏小，符合；故答案为BD。
(2) 炭粉燃烧生成二氧化碳气体，装置内压强几乎不变，水无法进入集气瓶，因此实验不能成功。
(3) 镁与氮气在点燃条件下反应生成氮化镁，文字表达式为：$\ce{镁 + 氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁}$；镁不仅与氧气反应，还与氮气反应，消耗的气体体积大于氧气的体积，因此测得的氧气体积分数大于五分之一。
(4) 根据实验数据计算，空气中氧气的体积分数为20.8%；与红磷燃烧法相比，铁粉法不需要点燃，更环保，且反应更彻底，测定结果更准确。
(5) 检查装置气密性时，向下压活塞，装置内气压增大，若气密性良好，放手后活塞会在气压作用下回到原来的位置。
(6) 下压活塞，压缩空气使温度达到白磷的着火点，白磷燃烧放热，装置内气压增大，活塞向上移动；反应结束后温度冷却至室温，装置内气压减小，活塞向下移动；氧气约占空气体积的1/5，最终活塞停在刻度4处，故活塞运动情况为：先向上后向下移动，最终停在刻度4处。
(7) 替代物需满足：只能与空气中的氧气反应，不与其他气体反应；反应后不生成气体，这样才能使装置内压强减小，准确测定空气中氧气的体积分数。
【答案】
(1) BD (2) 不能 炭粉燃烧会生成二氧化碳气体，装置内压强变化不大 (3) $\ce{镁 + 氮气\xrightarrow{点燃}氮化镁}$ 大于 (4) 20.8% 更环保 结果更准确 (5) 回到原来的位置 (6) 先向上后向下移动，最终停在刻度4处 (7) 只能与空气中的氧气反应；反应后不生成气体
【知识点】
空气中氧气体积分数测定、实验误差分析、铁的锈蚀
【点评】
本题综合考查空气中氧气体积分数测定的多种实验方案，涵盖误差分析、物质性质应用、实验设计等知识点，需要学生掌握不同测定方法的原理及注意事项，对综合分析能力要求较高。
【难度系数】
0.4
