名師簡介：申艷秋，遼寧省骨干教師，遼寧省化學(xué)學(xué)科兼職教研員，就職于遼寧省實(shí)驗(yàn)學(xué)校，從事化學(xué)教學(xué)工作30余年，遼寧省初中化學(xué)申艷秋名師工作室主持人，沈陽師范大學(xué)碩士研究生導(dǎo)師，2008、2012、2014和2020年沈陽市中考命題組成員。

中考真題中對測定空氣中氧氣含量的考查，主要涉及實(shí)驗(yàn)原理、藥品的選用、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及分析產(chǎn)生誤差的原因等。盡管設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案有所不同，但其原理都是利用化學(xué)反應(yīng)消耗氧氣，不生成其他氣體，空氣減少的體積就是被消耗氧氣的體積。解答這類題目，同學(xué)們要理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理和思路，以不變應(yīng)萬變。

一、研讀教材，梳理知識

1. 拉瓦錫研究空氣成分的實(shí)驗(yàn)

法國科學(xué)家拉瓦錫最早運(yùn)用天平作為研究化學(xué)的工具，用定量的方法研究了空氣的成分，第一次明確提出了“空氣由氧氣和氮?dú)饨M成 ”。

實(shí)驗(yàn)分析：（1）汞在加熱的條件下，只和氧氣反應(yīng)；（2）汞槽中的液態(tài)汞起到液封作用，并能直接用來測量反應(yīng)容器內(nèi)空氣體積的變化；（3）生成的氧化汞分解又能得到汞和氧氣，把得到的氧氣加到剩下的[4/5]體積的氣體中，結(jié)果所得氣體跟空氣的性質(zhì)完全一樣；（4）汞的沸點(diǎn)較低，汞蒸氣與氧氣反應(yīng)比較充分，能將密閉裝置內(nèi)空氣中的氧氣幾乎耗盡；（5）氧化汞的密度小于汞，且不溶于汞，因此易與汞分離；（6）該方法缺點(diǎn)是操作復(fù)雜、耗費(fèi)時(shí)間長、有毒。

二、測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)——燃磷法

1. 反應(yīng)原理：4P + 5O2 [點(diǎn)燃] 2P2O5。

2. 實(shí)驗(yàn)裝置見圖1。

3. 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紅磷燃燒，發(fā)出黃色火焰，產(chǎn)生大量白煙，放出大量熱；裝置冷卻后至室溫打開止水夾，水倒吸約占集氣瓶內(nèi)空氣體積的[15]。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：空氣中氧氣約占空氣總體積的[15]；氮?dú)獠恢С秩紵?，不易溶于水?/p>

5. 實(shí)驗(yàn)誤差分析：

（1）測量結(jié)果偏低原因：①紅磷不足，氧氣未耗盡；②裝置漏氣，使裝置外的空氣進(jìn)入集氣瓶中；③未冷卻至室溫就打開止水夾；④導(dǎo)管中有部分水殘留等。

（2）測量結(jié)果偏高（裝置內(nèi)的空氣受熱膨脹逸出）的原因：①點(diǎn)燃紅磷后插入到集氣瓶的速率太慢（或未及時(shí)塞緊橡皮塞）。②未夾緊止水夾（或未使用止水夾）。

6. 拓展延伸：

（1）藥品選擇：①不能選用鐵絲代替紅磷，因?yàn)殍F絲在空氣中不能燃燒；②不能選用鎂條，因?yàn)殒V不僅與氧氣反應(yīng)，還與空氣中的二氧化碳、氮?dú)獾确磻?yīng)；③不能選用木炭、硫代替紅磷，因?yàn)槟咎俊⒘蛟诳諝庵腥紵龝?huì)產(chǎn)生氣體；④選擇加熱足量銅絲或鐵粉生銹等方法進(jìn)行，反應(yīng)更充分，誤差更小。

（2）水的作用：①燒杯中的水：測量氧氣的體積。②在集氣瓶中預(yù)先裝適量的水：吸收五氧化二磷，減少污染；吸收熱量，有利于裝置迅速冷卻和緩沖氣壓，防止橡皮塞彈開。

（3）集氣瓶壓強(qiáng)變化：開始時(shí)，燃燒放熱引起的壓強(qiáng)變大的程度大于氧氣被消耗導(dǎo)致壓強(qiáng)減小的程度。后來燃燒停止，剩余氣體慢慢冷卻，壓強(qiáng)變得比初始值更小。打開止水夾后，瓶內(nèi)壓強(qiáng)迅速恢復(fù)到和外界大氣壓相同。

（4）其他方案：如圖2～圖9所示。各裝置的特點(diǎn)如下。

①圖2裝置：改變進(jìn)水方式，減少導(dǎo)管內(nèi)殘留水的誤差。

②圖3～圖6裝置：改變點(diǎn)燃方式或藥品，減少燃著的紅磷插入集氣瓶太慢引起的誤差。

③圖7～圖9裝置：耗氧物質(zhì)的改變，解決紅磷燃燒不能將氧氣耗盡的問題。

三、強(qiáng)化思維，培養(yǎng)能力

學(xué)習(xí)時(shí)要注重剖析典型題，學(xué)會(huì)對試題進(jìn)行分解，找出基礎(chǔ)知識、提取相關(guān)信息后再作答。中考中有一類熱點(diǎn)題型是通過分析數(shù)字化手段得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，考查同學(xué)們對現(xiàn)象、數(shù)據(jù)的分析歸納能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力及邏輯推理能力。回答此類題的關(guān)鍵是抓住本質(zhì)、有序思考、規(guī)范表達(dá)。

例 利用紅磷測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)裝置如圖10，用氣體壓力傳感器測出該集氣瓶中的氣壓變化如圖11。下列說法錯(cuò)誤的是（ ）。

A. 選用紅磷是因?yàn)榉磻?yīng)只消耗氧氣，生成固態(tài)的五氧化二磷

B. BC段氣壓變化的原因是紅磷燃燒放熱，瓶內(nèi)溫度升高，使壓強(qiáng)變大

C. CD段氣壓變化的原因只是紅磷燃燒消耗氧氣，使壓強(qiáng)變小

D. 導(dǎo)致DE段氣壓變化的實(shí)驗(yàn)操作是紅磷熄滅并冷卻后打開止水夾

答案：C

（作者單位：遼寧省實(shí)驗(yàn)學(xué)校）