空气中氧气含量的测定实验是初中化学的一个重要实验，同时也是历年各地中考命题的热点。近年来在课本实验的基础上进行拓展、创新，旨在考查同学们的实验探究能力及创新思维能力已成为中考命题的趋势。

空气中氧气含量的测定实验：

原理	利用红磷在空气中燃烧，将瓶内氧气消耗掉，生成五氧化二磷固体，使空气内压强减少，在大气压作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。4P + 5O22P2O5
装置
步骤	①连接装置，检查装置气密性 ②把集气瓶的容积分成5等份，做好记号。 ③用止水夹夹紧胶管。 ④在燃烧匙内放入过量的红磷。 ⑤点燃燃烧匙中的红磷，立即伸入集气瓶中，把塞子塞紧 ⑥待红磷熄灭并冷却后，打开止水阀
现象	①集气瓶中有大量的白烟生成，并放出热量 ②打开止水夹，烧杯中的水倒流到集气瓶中，并上升到约1/5处
结论	空气中氧气的体积分数约为1/5。

实验中的注意事项：

1.测定空气中氧气的体积分数时，所用物质应满足的条件：
①此物质能够在空气中中燃烧，不能用铁丝代替，铁丝在空气中不能燃烧
②此物质在空气中燃烧的时只能消耗氧气，不能消耗其他气体。不能选用镁代替红磷，因为镁不仅与空气中的氧气反应，还和二氧化碳反应。
③此物质在空气中燃烧时只能生成固体，而不能生成气体，一般不用木炭，硫代替红磷。

2.实验失败与成功的原因：
①装置不漏气是本实验成功的关键，所以实验前应检查装置的气密性。如果气密性不好，外界空气会进入容器，使测定结果低于1/5。
②实验中红磷要过量，以消耗容器内全部氧气，否则会使测定结果低于1/5.
③实验完毕，待容器冷却至室温后，再打开止水夹，观察进水的体积，避免因温度高，气体膨胀，使测定结果低于1/5.

空气中氧气含量测定实验的改进：

1.测定原理：
（1）红磷（白磷）在密闭的容器中燃烧，消耗氧气，生成白色固体五氧化二磷。密闭容器内压强减小，大气压将水压入容器，通过测定容器中的水的量测定氧气在空气中的含量。
（2）利用金属与氧气反应，消耗密闭容器中的氧气使密闭容器内压强减小，在大气压的作用下，推动刻度器上的活塞移动，测出氧气体积。

2.装置


3.实验现象
（1）红磷（白磷）燃烧，产生大量白烟
（2）a中睡眠上升约占钟罩内空气体积的1/5
b中进入集气瓶中水的体积约占集气瓶液面以上容积的1/5
c中活塞移动到4处
d中U形管左侧液面上升至刻度1处
e中试管中液面上升至刻度1处
f中右侧的活塞会左移

4.结论
空气中氧气体积约占空气总体积的1/5

5.注意事项
（1）实验中红磷要过量，以消耗容器内全部氧气，否则会使测定结果低于1/5.
（2）装置不漏气是本实验成功的关键，所以实验前应检查装置的气密性。如果气密性不好，外界空气会进入容器，使测定结果低于1/5。
（3）不能用硫、木炭、铁丝等代替红磷（白磷）。因为硫或木炭燃烧后产生的气体会弥补反应所消耗的氧气，导致测得的体积不准确，而细铁丝在空气中难以燃烧，氧气体积几乎不变，因此密闭空气内水面不上升。
（4）导气管要夹紧，燃烧匙放入集气瓶时要迅速，防止空气受热膨胀，从导气管或集气瓶逸出，导致进入水的体积增多，使实验结果偏高。

   “万能瓶”是最普通但很重要的一种仪器，它在化学实验中有广泛的应用。如果我们知道了，它的诸多功能，解答试题时就会得心麻手，事半功倍。

“万能瓶”在化学实验中有以下一些功能：

1．洗气(长进短出)
当制得的气体不纯时，或者要埘气体进行除杂时，都要想办法去掉杂质气体，这就是所谓的“洗气”，洗气瓶内装有吸收杂质的液体，混合气从长端进、短端出 (即长进短山或深入浅出)。如除去CO中混有的 CO₂和水蒸气，应先通过 NaOH溶液，再通过浓硫酸。混合气体从A端进，两次洗气后CO从B端出(如图)。


2．集气(贮气)
①排空气法收集气体(如图所示)：排空气法收集密度比空气大的气体(如O₂或CO₂等)，气体从a端通入，空气从b端导出。排空气法收集密度比空气小的气体(如H₂等)，气体从b端通入，空气从a端导出

②排水法收集气体(如图所示) 瓶中盛满水，气体从b端进，水从a 端出。


3．量气(短入长出。如图所示)
瓶内先装满水，气体从a端进入，b 端接一个量筒，通过测量量筒内水的体积从而测得生成气体的体积。若气体能与氧气反应，可在瓶内水面上加一层油。


4．验气(检验或证明某气体，如图所示)
瓶内装有验证某气体所需试剂，检验时必须要有现象。气体流向是：长进短出，即a进b出。如检验CO中是否混有CO₂，应通过Ca (OH)₂溶液．观察有无白色沉淀生成。


5．安全瓶(长入短出，如图所示)
点燃可燃气体时，瓶内装少量水，将点燃的气体与发生装置产生的气体分隔开。
 

6．制取气体(如图所示)
打开橡皮塞装入固体，液体从b端流人(注意：瓶内的液面要液封b导管口)后立即夹紧橡皮管，产生的气体从a导管导出。如制取O₂或CO₂。


实验方案设计的几种方法：

1. 对比实验设计：
 对比实验使实验设计中的一种基本思路，有利于实验现象的对比，有利于推理论证结论。如某学生欲探究碳酸具有酸性而二氧化碳不具有酸性，按下图进行实验。


2. 控制变量实验设计：
一个问题常常受多方面的因素制约，为了研究每一个因素对问题的影响程度．常常采取控制变量法逐个检验，每一个现象只说明一个问题，换一个条件再检验其他因素的影响。综合各个因素对问题的影响作出综合性的判断，如课本上燃烧条件实验设计和铁的生锈条条件设计是控制变量实验设计。
解答实验设计题的方法技巧：

(1)解答实验探究题首先应具备良好的实验操作基本知识，懂得操作的一般步骤和原理，熟悉相关物质的性质、制备原理和变化规律。同时要读懂题，明确实验目的，充分利用题中所给信息(如装置、药品、题干中描述的目的等)，分析题意设计相关的猜想(假设)，提出问题，设汁实验的程序，再分现象得出相关的结论和启示、解答实验题还应具备整体、全局意识，即审题时要先统观全局，逐字逐句把整道题审读一遍再细致地读懂每一步要求，这样才能在答题时少丢分或不丢分。

(2)实验方案设计题的解答思路与方法
①明确实验目的——明确实验的目的和要求，弄清题给的新信息。
②选择仪器、药品——选择合理的化学仪器和药品。
③设计装置、步骤一一设计出合理的实验装置和实验操作步骤
④记录现象、数据一一一全面、及时而准确地记录实验过程中的数据和现象。
⑤分析得出结论一根据实验的观象和记录的数据，通过分析、计算、列图表、推理等处理，得出正确的结论。

化学实验的典型装置：

（1）防倒吸装置：在水中溶解性很大的气体（如HCl，NH3等），特别要注意防倒吸（如下图所示）


（2）防污染装置：燃烧法，吸收法，和袋装法


（3）气体的测量装置


（4）干燥除杂装置


（5）启普发生器原理反应装置


（6）常见的电解水装置

自制电解水装置：

（1）用一个大瓶子，截去瓶底，留瓶口一段约高8～10cm。瓶口配一胶塞，由里向外塞紧。用镀铬曲别针伸直一段由塞子上扎出，在瓶塞露头处连接导线，做成电解槽如下图I。

（2）也可用普通玻璃杯(或烧杯)作电解槽。把硬导线跟镀铬曲别针用焊锡焊牢，导线用塑料管套起来，管口可以用蜡或沥青封住。把做好的电极同定在一块木板上，如图Ⅱ，电极的硬导线可以架在玻璃杯(电解槽)的壁上，集气管倒放在木板上。其他电解水装置如下图。

 

探究二氧化碳的三个性质实验：

1.证明二氧化碳的密度比空气的大；二氧化碳既不燃烧也不支持燃烧
2.二氧化碳溶于水显酸性
3.二氧化碳能溶于水

二氧化碳性质探究实验：

1.证明二氧化碳的密度比空气的大；二氧化碳既不燃烧也不支持燃烧
(1)装置:
(2)现象:蜡烛由低到高依次熄灭
结论：证明二氧化碳的密度比空气的大；二氧化碳既不燃烧也不支持燃烧

2.二氧化碳溶于水显酸性
(1)装置:
(2)现象:1和4实验中的白花变红,2和3白花不变色
(3)结论：二氧化碳不能使紫色石蕊试液变红，二氧化碳的水溶液能使紫色石蕊试液变红。
(或二氧化碳溶于水显酸性)

3.二氧化碳能溶于水
(1)装置：
(2)现象：塑料瓶变瘪
(3)结论：二氧化碳能溶于水。

验证分子特点的实验：

通过对分子特点的探究，可以让学生直观的感受到微观世界里分子构成物质的特点。

探究分子运动的实验：

实验装置
实验步骤	步骤1	步骤2	步骤3
	在盛有约40ml 蒸馏水的烧杯中加 如5一6滴酚酞试液，搅拌均匀， 观察现象	取步骤I得到的溶液，置于 试管中，再向其中滴加浓 氨水，观察现象	将烧杯中的溶液分别倒入 A、B两个小烧杯中，另取 一个小烧杯C,加入约5ml 浓 氨水。用一个大烧杯罩住 A，C两个小烧杯，烧杯B 置于大烧杯外
实验现象	无明显现象	溶液由无色变成红色	烧杯A中液体由无色变为红色，烧杯B中无变化
实验解释	烧杯中的浓氨水挥发出氛分子，氨分了进人烧杯A中，使溶液变成红色.而烧杯B中没有氨分子进入

探究分子间有间隙的实验：

实验原理	分子之间存在间隙且分子总是做不停地无规则运动。将水和酒精充满容量瓶，混合均匀后，若液面发生下降，则可验证分子间存在间隙。
实验用品	100ml 容量瓶 1 只、 100ml 烧杯 2 只、餐纸、保鲜膜、棉线一根、无水酒精、 纯净水、品红溶液。
实验装置
	实验步骤	实验结果	实验结论
实验方案一	(1) 打开容量瓶，用小烧杯移取 70ml 已滴加了品红溶液的水于容量瓶中。 (2) 用小烧杯移取酒精于容量瓶中直至容量瓶满。 (3) 塞上容量瓶塞，有液体溢出，用餐纸擦干。倒置容量瓶几次，使液体充分混 合，观察液面下降情况。	液面下降 1.5cm 左右，实验现象非常明显	优点： (1) 酒精用量少，该实验只需耗费 30ml 左右的酒精 (2) 滴入品红溶液的水呈红色，可明显观察到在容量瓶倒置前，容量瓶中液体分 层，上层无色，下层红色。而倒置后溶液呈均匀红色。 (3) 倒置前容量瓶充满液体，排除了会有部分液体残留在容量瓶上导致的误差。 (4) 实验现象明显，混合后液面下降 1.5cm 左右 (5) 实验操作简单，实验用品少 缺点：将充满的容量瓶塞上容量瓶塞会有液体溢出，这个操作不规范。
实验方案二	(1) 打开容量瓶，用小烧杯移取 70ml 已滴加了品红溶液的水于容量瓶中。 (2) 用小烧杯移取酒精于容量瓶中直至容量瓶满。 (3) 用保鲜膜迅速包裹容量瓶，然后将保鲜膜用细线捆紧。用手掌压住容量瓶口， 倒置容量瓶几次，使液体充分混合，观察液面下降情况。	液面下降 1cm 左右，实验现象非常明显。用无水硫酸铜检验容量瓶外壁， 并无液体溢出。	优点： (1) 酒精用量少，该实验只需耗费 30ml 左右的酒精 (2) 滴入品红溶液的水呈红色，可明显观察到在容量瓶倒置前，容量瓶中液体分 层，上层无色，下层红色。而倒置后溶液呈均匀红色。 (3) 倒置前容量瓶充满液体，排除了会有部分液体残留在容量瓶上导致的误差。 (4) 实验现象明显，混合后液面下降 1cm 左右 (5) 实验操作简单，实验用品少 (6) 方案二很好的解决了方案一的缺陷，且实验效果好。

化学实验现象的规律：
       第一种是物质燃烧实验；第二种是加热固体物质实验；第三种是在溶液中进行的化学实验。



不同化学实验现象：
1．物质燃烧实验都有三个明显的现象
(1)放出大量的热。
(2)生成了一种或几种不同于反应物(指物质的色、态、味)的产物。
(3)固体直接燃烧则发出一定颜色和强度的光；气体或固、液体转变成气体再燃烧则发出一定颜色和强度的火焰(描述物质的燃烧现象：一光、二热、三生成）
例如：镁条燃烧的现象是：
①发出耀眼的白光；
②放出大量的热；
③生成一种白色固体。
再如，硫在氧气中燃烧的现象：
①发出明亮的蓝紫色的火焰(硫受热先熔化，再汽化，最后才燃烧)；
②放出大量的热；
③生成一种有刺激性气味的气体。

2．加热固体物质的实验现象
主要包括物质的状态、颜色、质量变化及产物中是否有水和气体产生
例如：加热碳酸氢铵的现象：
(1)有一股刺激性的气味产生；
(2)试管壁上有水珠生成；
(3)有使澄清石灰水变浑浊的气体生成；
(4)试管内的白色固体逐渐消失。

3．在溶液中进行的化学反应的实验现象
主要包括反应物(液态)的物质和颜色变化及溶液中是否有沉淀(包括沉淀颜色)和气泡产生。
例如：在硫酸铜溶液中加入氢氧化钠溶液的实验现象是有蓝色沉淀产生。

化学实验现象的描述“五忌” ：
化学实验现象是指用眼看、鼻闻，耳听、手感等方式能够感觉列的物质在化学变化中所表现出来的外部特征。在描述实验现象时应注意“无忌”。

1．忌把实验现象的先后顺序表述颠倒表述实验现象，要按照现象的先后顺序进行表述如“铁丝在氧气中燃烧”的实验现象不能表述成“剧烈燃烧，生成一种黑色固体，放出热量，火星四射”，因为学生首先观察到的是“剧烈燃烧、火星四射”，最后才发现“生成一种黑色物质”。

2．忌把物质的名称当做实验现象物质的名称是根据实验现象、数据、经过综合分析判断得出的，通过外表现象是“看”不出来的。因此，在描述现象时，切不可把物质的名称当作实验现象。如镁在氧气中燃烧生成白色固体，但不能说生成氧化镁。

3．忌把实验结论当成现象实验结论需要通过分析实验现象才能总结出来。在物质的鉴别时要根据实验现象才能确定物质，而不能没有现象直接得出结论。如用澄清石灰水来鉴别氧气和二氧化碳时，不能直接说二氧化碳能使澄清的石灰水变浑浊，而应该说使澄清石灰水变浑浊(现象)的物质是二氧化碳(结论)，无明显变化的物质是氧气。

4．忌表述现象表面很多化学反应的现象十分复杂，有些现象易被忽视，导致在表述实验现象时顾此失彼，给实验分析、推断结论带来困难。

5．忌把“白色”与“无色”混淆白色是指物质对光的反射所产生的一种视觉现象，而无色则是光能全部透过物质所产生的现象。如纯水是无色液体，氧气是无色气体，碳酸钙沉淀是白色的等。

实验方案的设计与评价：
近几年的各地实验题侧重考查对实验进行设计、分析和评价，其中设计型实验题更是热点。对验方案设计和评价的命题主要有：
①给出正确的实验方法，描述实验现象，归纳总结实验的结论。
②给出实验的目的，要求设计实验方案，达到实验的目的：
③给出实验方案，评价实验的合理性，实验现象或结论的正确性。
④改进实验方案。
⑤根据已知实验，设计对比实验对某问题进行探究。
⑥在探究实验中，对某一环节或某一步骤进行评价。

1．实验方案的设计
(1)实验方案设计的基本思路实验设计是指存进行科学实验探究之前，实验者依据一定的目的、要求．运用已有的知识、原理，设计出科学、合理的实验方案(其中包括实验器材、实验原理、实验操作步骤）。实验方案设计的基本思路：


 (2)实验方案设计的基本原则
①科学性。实验原理要科学、正确，实验目的要明确，实验器材和实验手段的选择要恰当。整个实验思路和实验方法的确定都要以化学基本知识和基本原理及其他学科知识为依据，以确保实验的科学性、正确性
②可操作性，在设计实验时，从实验器材的选取、实验操作的实施到实验结果的产生，都要具有可操作性
③简约性。设计实验时，要考虑到实验原料容易获得且价格较低、实验装置比较简单、实验操作比较简便、操作步骤简便易行、实验时间比较短。
④安全性，设计实验时，要考虑药品是否安仝无毒，实验操作时要注意安全，避免爆炸、污染环境等。

(3)实验设计的类型
①制备型实验设计。
②性质型实验设计。
③验证型实验设计。
④计算型实验没计。
⑤综合型实验设计。

(4)化学实验设计的基本内容
①实验名称：明确实验具体要做什么。
②实验目的：明确实验的具体目的是什么
③实验原理：明确实验可能发生的变化及反应，要求反应个数少，消耗的原料少，原料利用率高，且反应有利于向目标物方向进行。
④实验装置的设计：根据发生的反应选择适当的仪器组成实验装置，装置的连接顺序一般是：


(5)化学实验设计的基本步骤
①思考问题的顺序
a．围绕主要问题思考。例如，选择适当的实验路线、方法；所用药品、仪器简单易得；实验过程快速、安全、绿色化；实验现象明显。
b．思考有关物质的制备、净化、吸收和存放等
c．思考实验的种类及如何合理地组装仪器，并将实验与教材内容进行比较，找出其联系。例如，涉及气体的制备和检验时，这类实验的操作程序及连接顺序大体可概括为：发生→除杂质→干燥→主体实验→尾气处理。
②仪器的连接顺序
a．所选仪器是否恰当，有无多余仪器。
b．仪器是否齐全。例如，制取有每气体及涉及有毒气体的实验是否有尾气处理装置。
c．安装顺序是否合理。例如，是否遵循“自下而上，从左到右”的原则；气体净化装置中不应先干燥，后经过水溶液除杂质。
d．仪器间连接顺序是否正确。例如，洗气时“进气管长，出气管短”；干燥管除杂质时“粗口进气，细口出气”等。
③实验操作的顺序
a．连接仪器。
b．检查气密性。在仪器连接完毕后，先检查装置的气密性，然后装药品。检查装置气密性的方法依装置而定，但关键是使装置内外产生压强差。
c．装药品，进行实验操作。

2．实验方案的评价
以批判的思维方法对所设计的实验方案、实验方法、装置设计从某角度否定、排除不合理或不是最优的方法，选择、创新更好的方法，即实验评价。
(1)实验方案的评价原则
①原理正确。设计实验方案要根据化学变化规律和化学实验原理，确保原理正确。如：实验室制取氧气时，选择的药品中一定要含氧元素，经过化学变化才能制出氧气。
②操作可行。设计实验方案，特别是实验操作确实具有可操作性。如：制取二氧化碳的方法有多种，如果将木炭放入充满氧气的集气瓶中燃烧，确实能生成二氧化碳，但不便于操作，无法控制反应物的量，也不便于收集
③装置简单。设计实验时，如果能用多套实验装置进行操作，在条件允许的前提下，应选择最简单的实验装置，选择最简便的实验步骤。如：实验室制取氧气，可以用高锰酸钾，也可以用过氧化氢跟二氧化锰(作催化剂)，当然选择后者，因为后者装置简单、操作简便。 ④经济合理。原料一般要求廉价、易得。 ⑤安全环保。进行实验所选药品尽量无毒，实验过程要安全且不造成环境污染。

(2)实验方案评价的主要类型
①对方案可行性的评价：可行是方案的第一要素，评价方案时应注意从原理和操作两个方面分析方案是否可行：一是理论上要科学合理，二是操作上要简单可行。
②从经济效益角度进行评价：从经济效益上考虑是否切实可行。
③从环保角度评价：防治污染的根本途径是控制 “三废”的排放。在对方案进行评价时切不可忽视了环境保护的重要件。
实验方案的设计和评价的内容框架：


定量实验设计和综合实验设计：
1．定量实验设计通过实验．荻取有关数据。然后分析数据并推理出结论定量实验设汁要精密一些，要尽可能避免一些误差初中常见的定量实验有：分子组成测定、混合物成分含量的测定、物质溶解度的测定、气体体积的测定等

2．综合实验设计综台实验设计是指通过实验验证多个问题，其特点是多步操作．装置复杂、现象多样。常见的有对某气体从制取到组成、成分含量、性质、尾气处理等多项指标进行实验检验和验证：如下图所示的装置，将其组合起来制取气体、去除杂质、验证性质等。

3．开放实验设计试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理是完全自主完成的．
解答此类试题，过程要合理且完整，方法简便，现象叙述要准确，推理要符合逻辑。

化学定量实验中的误差分析：
在初中化学实验中有三个定量实验：一是用托盘天平称量物质的质量，二是用量筒时取液体的体积，三是用pH试纸测量溶液的pH。

(1)托盘天平称量物质时引起误差
①天平没有平衡引入正负误差。
②物码错位引起误差。正确放置：左物有码物质质量：砝码质量+游码质量。错位放置：左码右物物质质量=砝码质量-游码质量。

(2)量筒量取液体时引起误差

①量取液体量与量筒的大小不匹配如量取10mL．液体用10mL．量筒即可，如果用 50mL量简或100mL。量筒会引起误差。
②观察量筒液向引入误筹如果俯视观察凹液面(沿A线) 观察值>实际值如果平视观察凹液面(沿B线) 观察值=实际值如果仰视观察凹液面(沿C线) 观察值<实际值

(3)pH试纸测定溶液pH引起误差pH试纸在测量前用水润湿相当于将溶液稀释，如果测定酸性溶液，pH偏大；如果测定碱性溶液，pH 偏小。