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
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装置 |
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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。
概念:
在一定温度下,某固态物质在100g溶剂里达到饱和状态时所溶解的质量,叫做这种物质在这种溶剂里,该温度下的溶解度。
正确理解溶解度概念的要素: ①条件:在一定温度下,影响固体物质溶解度的内因是溶质和溶剂的性质,而外因就是温度。如果温度改变,则固体物质的溶解度也会改变,因此只有指明温度时,溶解度才有意义。
②标准:“在100g溶剂里”,需强调和注意的是:此处100g是溶剂的质量,而不是溶液的质量。
③状态:“达到饱和状态”,溶解度是衡址同一条件下某种物质溶解能力大小的标准,只有达到该条件下溶解的最大值,才可知其溶解度,因此必须要求“达到饱和状态”。
④单位:溶解度是所溶解的质量,常用单位为克(g)。
概念的理解:
①如果不指明溶剂,通常所说的溶解度是指固体物质在水中的溶解度。
②溶解度概念中的四个关键点:“一定温度,100g 溶剂、饱和状态、溶解的质量”是同时存在的,只有四个关键点都体现出来了,溶解度的概念和应用才是有意义的,否则没有意义,说法也是不正确的。
溶解度曲线:在平面直角坐标系里用横坐标表示温度,纵坐标表示溶解度,画出某物质的溶解度随温度变化的曲线,叫这种物质的溶解度曲线。
①表示意义
a.表示某物质在不同温度下的溶解度和溶解度随温度变化的情况;
b.溶解度曲线上的每一个点表示该溶质在某一温度下的溶解度;
c.两条曲线的交点表示这两种物质在某一相同温度下具有相同的溶解度;
d.曲线下方的点表示溶液是不饱和溶液;
e.在溶解度曲线上方靠近曲线的点表示过饱和溶液(一般物质在较高温度下制成饱和溶液,快速地降到室温,溶液中溶解的溶质的质量超过室温的溶解度,但尚未析出晶体时的溶液叫过饱和溶液)。
②溶解度曲线的变化规律
a.有些固体物质的溶解度受温度影响较大,表现在曲线“坡度”比较“陡”,如KNO
3;
b.少数固体物质的溶解度受温度的影响很小,表现在曲线“坡度”比较“平”,如NaCl 。
c.极少数固体物质的溶解度随温度的升高而减小,表现在曲线“坡度”下降,如Ca(OH)
2 ③应用
a.根据溶解度曲线可以查出某物质在一定温度下的溶解度;
b.可以比较不同物质在同一温度下的溶解度大小;
c.可以知道某物质的溶解度随温度的变化情况;
d.可以选择对混合物进行分离或提纯的方法;
e.确定如何制得某温度时某物质的饱和溶液的方法等。
运用溶解度曲线判断混合物分离、提纯的方法:
根据溶解度曲线受温度变化的影响,通过改变温度或蒸发溶剂,使溶质结晶折出,从而达到混合物分离、提纯的目的。如KNO
3和NaCl的混合物的分离。 (KNO3,NaCl溶解度曲线如图)
(1)温度变化对物质溶解度影响较大,要提纯这类物质。可采用降温结晶法。
具体的步骤为:①配制高温时的饱和溶液,②降温,③过滤,④干燥。如KNO
3中混有少量的NaCl,提纯KNO
3可用此法。
(2)温度变化对物质溶解度影响较小,要提纯这类物质,可用蒸发溶剂法。
具体步骤为:①溶解,②蒸发溶剂,③趁热过滤,④干燥。如NaCl中混有少量KNO
3,要提纯NaCl,可配制溶液,然后蒸发溶剂,NaCl结晶析出,而KNO
3在较高温度下,还没有达到饱和,不会结晶,趁热过滤,可得到较纯净的NaCl。
金属的化学性质:
常见金属能与氧气反应,也能与盐酸,硫酸及盐溶液反应。
常见金属的化学性质:1.
金属和氧气的反应
金属 |
在空气中 |
在氧气中 |
方程式 |
镁 |
常温下表面逐渐变暗。点燃 剧烈燃烧,发出耀眼的白光, 生成白色固体 |
点燃,剧烈燃烧,发出耀 眼的白光,生成白色固体 |
2Mg+O22MgO |
铝 |
常温下,铝表而变暗,生成一 层致密氧化膜,保护铝不再被腐蚀 |
点燃。剧烈燃烧,火星四射, 放出大量的热,生成白色固体 |
4Al+3O22Al2O3 |
铁 |
持续加热发红,离火变冷 |
火星四射,放出大量的热, 生成黑色固体 |
3Fe+2O2Fe3O4 |
铜 |
加热,生成黑色物质,在潮湿的 空气中,生成铜绿而被腐蚀 |
加热,生成黑色固体 |
2Cu+O22CuO |
金 |
即使在高温也不和氧气反应 |
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—— |
结论 |
大多数金属都能喝氧气反应,但反应的难易程度和剧烈程度不同 |
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2.
金属与酸的反应
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盐酸 |
稀硫酸 |
反应现象(两种酸中相同) |
镁 |
Mg+2HCl==MgCl2+H2↑ |
Mg+H2SO4==MgSO4+H2↑ |
反应比较剧烈,产生大量 气泡,溶液仍为无色,生成 的气体能够燃烧,并且产 生淡蓝色火焰 |
铝 |
2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑ |
2Al+3H2SO4==Al2(SO4)+3H2↑ |
锌 |
Zn+2HCl==H2↑+ZnCl2 |
Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑ |
反应缓慢,有气泡产生,溶 液由无色逐渐变为浅绿色, 生成的气体能够燃烧,并且 产生淡蓝色火焰 |
铁 |
Fe+2HCl==FeCl2+H2↑ |
Fe+H2SO4==FeSO4+H2↑ |
铜 |
不反应 |
不反应 |
无 |
3.
金属与盐的反应
将锌片、铁丝、铜丝三种金属分别放入硫酸铜溶液、硝酸银溶液、氯化钠溶液中,观察现象
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CuSO4溶液 |
AgNO3溶液 |
NaCl溶液 |
锌 |
锌表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为无色 Zn+CuSO4==ZnSO4+Cu |
锌表面有一层银白色金属析出 Zn+2AgNO3==Zn(NO3)2+2Ag |
无变化,不反应 |
铁 |
铁表面有一层红色金属析出,溶液由蓝色变为浅绿色 Fe+CuSO4==FeSO4+Cu |
铁表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为浅绿色 Fe+2AgNO3==Fe(NO3)2+2Ag |
无变化,不反应 |
铜 |
无变化,不反应 |
铜表面有一层银白色金属析出,溶液由无色变为蓝色 Cu+2AgNO3==Cu(NO3)2+2Ag |
无变化,不反应 |
易错点:
一、(1)一般在金属活动性顺序表中排在氢前面的金属(也叫活泼金属)能置换出酸中的氢;排在氢后面的金属则不能,如铜、银与盐酸、稀硫酸都不反应。
(2)浓硫酸和硝酸与金属反应不生成氢气,因为它们有很强的氧化性,与金属反应不生成氢气。
(3)在金属活动性顺序表中排在最前面的金属如K、 Na活泼性太强,放入酸溶液中首先跟酸发生置换反应,过M的金属会继续跟水发生剧烈的反应。
(4)铁与非氧化性酸反应时,始终生成亚铁盐 (Fe
2+)。
(5)金属与酸反应后溶液的质量增大。
二、
(1)在金属活动性顺序表中,位于前面的金属可以把位于其后面的金属从它们的盐溶液中置换出来(K,Ca,Na除外)。相隔越远,反应越容易发生。
(2)金属与盐溶液的反应,盐必须能溶于水,不溶性的盐与金属不反应,如AgCl难溶于水,Fe和AgCl不反应。
(3)不能用活泼的金属K,Ca,Na,与盐溶液反应,因为K,Ca,Na。会先与H
2O发生置换反应生成碱和氢气。
金属与酸的反应不一定属于置换反应:
置换反应是指一种单质和一种化合物反应生成另一种单质和另一种化合物的反应。一般情况下,较活泼的金属跟酸发生的化学反应属于置换反应。但由于浓硫酸(或硝酸)具有强氧化性,金属与浓硫酸(或硝酸)反应时,生成物相对比较复杂。这类反应不属于置换反应。
铝和锌的抗腐蚀性:1.铝制品具有很好的抗腐蚀性,是因为铝与空气中的氧气反应表面生成一种致密的氧化铝薄膜,对铝起防护作用。
2.锌与铝的抗腐蚀性相似,也是在金属表面会生成一层致密的氧化锌保护膜。
概述: 二氧化碳是空气中常见的化合物,其分子式为CO?,由两个氧原子与一个碳原子通过共价键连接而成,常温下是一种无色无味气体,密度比空气略大,能溶于水,与水反应生成碳酸。固态二氧化碳俗称干冰。二氧化碳被认为是造成温室效应的主要来源。
物理性质:常温下,二氧化碳是一种无色无味的气体,密度比空气大,能溶于水。
固态的二氧化碳叫做干冰。
化学性质: (1)一般情况下,二氧化碳不能燃烧,也不支持燃烧,不供给呼吸,因此当我们进入
干枯的深井,深洞或久未开启的菜窖时,应先做一个灯火实验,以防止二氧化碳浓度
过高而造成危险
(2)二氧化碳和水反应生成碳酸,使紫色石蕊试液变红:CO
2 + H
2O===H
2CO
3,
碳酸不稳定,很容易分解成水和二氧化碳,所以红色石蕊试液又变回紫色:
H
2CO
3===H
2O + CO
2↑
(3)二氧化碳和石灰水反应:Ca(OH)
2 + CO
2====CaCO
3↓+ H
2O
(4)二氧化碳可促进植物的光合作用:6CO
2+6H
2O
C
6H
12O
6+6O
2 一氧化碳和二氧化碳性质的比较:
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一氧化碳 |
二氧化碳 |
物理性质 |
状态 |
无色,无味气体 |
无色,无味气体 |
密度 |
1.250g/l(略小于空气) |
1.977g/l(大于空气) |
溶解性 |
1体积水中约溶解0.02体积 |
1体积中约溶解1体积 |
化学性质 |
可燃性 |
有可燃性 2CO+O22CO2 |
一般情况下,既不能燃烧,也不能支持燃烧 |
还原性 |
有还原性: CuO+COCu+CO2 |
没有还原性 |
跟水反应 |
不能 |
能:CO2+H2O==H2CO3 |
跟澄清石灰水反应 |
不能 |
CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O |
毒性 |
有毒 |
无毒 |
主要用途 |
作气体燃料,用于高炉炼铁 |
灭火,人工降雨,干冰制冷剂等,作化工原料和温室肥料 |
相互转化 |
C+O2CO2 C+CO22CO |
干冰:一定条件下,二氧化碳气体会变成固体,固体二氧化碳叫“干冰”。干冰升华时,吸收大量的热,因此可作制冷剂。如果用飞机向云层中撤干冰,由于干冰升华吸热,空气中的水蒸气迅速冷凝变成水滴,就可以形成降雨。
二氧化碳不一定能灭火:二氧化碳一般不支持燃烧,但在一定条件下,某些物质也可以在二氧化碳中燃烧,如将点燃的镁条伸入盛有二氧化碳的集气瓶中,镁条能继续燃烧,反应的化学方程式为:2Mg+CO
22MgO+C,所以活泼金属着火不能用二氧化碳来灭火
二氧化碳与一氧化碳的鉴别方法: (1)澄清石灰水:将气体分别通入澄清石灰水中,能使澄清石灰水变浑浊的是二氧化碳,无明显现象的是一氧化碳。
(2)燃着的木条:将气体分别在空气中点燃,能燃烧的是一氧化碳,不能燃烧的是二氧化碳。
(3)紫色石蕊试液:将气体分别通入紫色石蕊试液中,能使石蕊试液变红的是二氧化碳,无明显现象的是一氧化碳。
(4)还原金属氧化物:将气体分别通过灼热的氧化铜,出现黑色粉末变红这一现象的是一氧化碳,没有明显现象的是二氧化碳。
二氧化碳与一氧化碳的除杂方法: 1.CO(CO
2)(括号内的物质为杂质):通常将气体通人过量的碱溶液(一般用氢氧化钠溶液而不用澄清石灰水)中,二氧化碳与碱溶液反应,从而达到除杂的目的。
2.CO
2(CO)(括号内的物质为杂质):通常将气体通过灼热的氧化铜,一氧化碳与氧化铜反应生成铜和二氧化碳,从而达到除杂的目的。不能用点燃的方法,因为CO
2不支持燃烧,也不能燃烧。
二氧化碳与石灰石的应用:
二氧化碳与石灰水反应出现白色沉淀,反应的方程式为:CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O。
该反应及现象有以下儿方面的应用:
(1)检验二氧化碳气体;
(2)鉴别NaOH溶液和澄清石灰水:将CO2气体通入待测溶液中,生成白色沉淀的溶液为澄清石灰水,无明显现象的为NaOH溶液;
(3)除去某些气体中的杂质:如除去CO中的CO2 气体,可将混合气体通过澄清石灰水;
(4)解释澄清石灰水为什么要密封保存:敞口放置的澄清石灰水会吸收空气中的CO2而使澄清石灰水表面生成一层白膜或变浑浊,其成分是CaCO3;
(5)用石灰砂浆砌砖抹墙不久后变白变硬:石灰砂浆的主要成分是Ca(OH)2,吸收空气中的CO2发生反应Ca(OH)2声称白色固体CaCO3固体。
(6)保存鸡蛋:将鸡蛋浸泡在澄清石灰水中,取出来后CO2与石灰水反应封闭鸡蛋壳上的小孔,可以延长鸡蛋的保存时间。
二氧化碳肥料:
二氧化碳是光合作用的原料之一,因而现在在温室大棚内种植蔬菜水果时,经常人为提高温室内CO2 浓度,以增加农作物产员,增大CO2浓度的方法通常有以下几种:
(1)在温室内放置干冰,干冰升华增大CO2浓度。
(2)在温室内放置通过化学反应产生CO2气体的物质,如在塑料大棚顶部的容器内放置石灰石和稀盐酸。
灯火实验:
(1)二氧化碳本身无毒,但它不供给呼吸,当空气中二氧化碳含量超过常量时,也会对人体健康产生不良影响。
空气中二氧化碳的体积分数/% |
对人体健康的影响 |
1 |
感到气闷,头昏,心悸 |
4—5 |
气喘,头痛,眩晕 |
10 |
神志不清,呼吸停止,死亡 |
由于二氧化碳的密度大于空气,因而在低洼的地方浓度会增大。在进人久未开启的菜窖或干涸的深井前,应先点燃一支蜡烛用绳放到下面,观察蜡烛能否正常燃烧,若不能正常燃烧,应开启菜窖或深井一段时间后再检验,直到蜡烛能正常燃烧时,才能下去。