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。
空气的成分:
氧气,二氧化碳,氢气,氮气,稀有气体;按体积分:N2占78%,O2占21%,稀有气体占0.94%,二氧化碳占0.03%,其他气体和杂质占0.03%。
易错点:
空气中各成分的含量在一定时间和一定范围内基本恒定,但随着人类活动的延续,气体的排放,空气的成分也在不停地变化,因此不能认为空气的成分是一成不变的。
混合物的分离和提纯(除杂)1. 分离与提纯的基本原理
(1)分离:就是用物理或化学的方法将混合物巾的各组分分开,并将物质恢复到原状态。
(2)提纯和除杂:用物理或化学的方法把混合物中的杂质除去而得到纯物质。在提纯过程中,如果杂质发生了化学变化,不必恢复成原物质。二者的方法在很多情况下是相似的,但分离比提纯的步骤要多,因为各组分均要保留,绎过化学反应使混合物中各组分经转化而分离后还要复原为原来的组分物质提纯和除杂过程中经常用到分离操作,二者有时又密不可分。
2.分离和提纯应遵循的原则
(1)不能“玉石俱焚”:即试剂一般要求与杂质反应,不与要保留的物质反应。但在特殊情况下,所加试剂可和保留物质应应,但最终要转化成需要保留的物质如除去FeCl
3,溶液中的NaCl,可加过量的NaOH溶液→过滤→洗涤→加适量稀盐酸。
(2)“不增““不减”:即不增加新的杂质,不减少要保留的物质如除去FeCl
3中的少量Fe
2(SO
4)
3应选用BaCl
2而不应选用Ba(NO
3)
2,否则发生反应3Ba(NO
3)
2+Fe
2(SO
4)
3==3BaSO
4↓+2Fe(NO
3)
3溶液中又增加了Fe(NO
3)
3.
(3)易分离:反应后,物质的状态不同,便于分离。
(4)不污染环境:即耍求所选用的除杂方法不能产生可污染环境的物质。
(5)不能“旧貌变新颜”:即除杂结束前,要恢复保留物质的原有状态。
常见除杂的方法:CO
2(O
2):将气体通过灼热的铜网
CO
2(H
2或CO):将气体通过灼热的氧化铜
O
2或CO
2或H
2(含H
2O):将气体通过浓硫酸或氧化钙或氯化钙等干燥剂
O
2或H
2或CO(含CO
2或SO
2):将气体通入氢氧化钠溶液中
Cu(含Fe或Mg或Zn):加入足量的稀盐酸或稀硫酸,过滤
Fe(含Cu):用磁铁将铁粉吸引出来
Cu(含CuO),Fe(含Fe
2O
3):高温下与H
2或CO反应
CuO(含Cu或C):在空气中灼烧
CaO(含CaCO
3):高温煅烧(CaCO
3分解成CaO和CO
2)
CaCO
3(含CaO):加足量水溶解,过滤,取滤渣
Ca(OH)
2(含CaO)加足量水
FeSO
4溶液(含H
2SO
4或CuSO
4),FeCl
2溶液(含盐酸或CuCl
2):加过量铁粉,过滤,取滤液
NaCl溶液(含Na
2CO
3):加适量稀盐酸
Na
2SO
4溶液(含CuSO
4):加适量 NaOH 溶液
酸、碱、盐溶液的除杂技巧:
1.被提纯物与杂质所含阳离子相同时,选取与杂质中的阴离子不共存的阳离子,再与被提纯物中的阴离子组合出除杂试剂。如除去Na
2SO
4溶液中的NaOH:可选用稀H
2SO
4溶液为除杂试剂(2NaOH+ H
2SO
4==Na
2SO
4+2H
2O)、除去KCl溶液中的 K
2SO
4:可选用BaCl
2溶液为除杂试制(K
2SO
4+BaCl
2 ==2KCl+BaSO
4↓,过滤除去)
2.被提纯物与杂质所含阴离子相同时,选取与杂质中阳离子不共存的阴离子,再与被提纯物中的阳离子组合出除杂试剂,如除去NaCl溶液中的BaCl
2:可选用 Na
2SO
4溶液为除杂试剂(BaCl
2+Na
2SO
4=BaSO
4↓ +2NaCl,过滤除去).再如除去KNO
3溶液中的AgNO
3:可选用KCl溶液为除杂试剂(AgNO
3+KCl=AgCl↓ +KNO
3,过滤除去)。
3.被提纯物质与杂质所含阴离子、阳离子都不相同时,应选取与杂质中阴、阳离子都不共存的阳、阴离子组合出除杂试剂。如:除去NaCl溶液中的CuSO
4:可选用Ba(OH)
2溶液为除杂试剂[CuSO
4+Ba(OH)
2= BaSO
4↓+Cu(OH)
2↓,过滤除去]。
分离和提纯的方法: 物质的分离和提纯有两种主要的方法,即物理方法和化学方法。实际上在实验过程中往往需通过综合法来进行。
(1)物理方法主要包括过滤,蒸馏,结晶
方法 |
适用范围 |
举例 |
注意事项 |
过滤 |
分离不溶性固体和液体 |
粗盐提纯 |
①过滤时要“一贴、二低,三靠”; ②必要时要洗涤沉淀物 |
结晶 |
利用混合物中各组分在某种溶剂中溶解度随温度变化不同的性质来分离提纯物质 |
分离氯化钠和硝酸钾混合物 |
①一般先配较高温度下的浓溶液,然后降温结晶: ②结晶后过滤,分离出晶体 |
蒸馏 |
沸点不同的液体混合物 |
石油的分馏 |
①温度计水银球在蒸馏烧瓶的支管口处; ②加沸石(或碎瓷片); ③冷凝管水流方向 |
(2)化学方法
除杂方法 |
除杂原理 |
应用实例 |
化气法 |
与杂质反应生成气体而除去 |
除Na2SO4中的NaCO3,可加适量稀盐酸 NaCO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O |
沉淀法 |
将杂质转化为沉淀过滤除去 |
除去NaCl中的Na2SO4.可加适量的BaCl2 Na2SO4+BaCl2==BaSO4↓+2NaCl |
置换法 |
将杂质通过置换反应而除去 |
c除去FeSO4中的CuSO4可加过量的铁粉 CuSO4+Fe==Cu+FeSO4 |
溶解法 |
将杂质溶丁某种试剂而除去 |
除C粉中的CuO粉末,可加适量稀盐酸,再过滤 CuO+H2SO4==CuSO4+H2O |
加热法 |
杂质受热易分解,通过加热将杂质除去 |
除CaO中的CaCO3可加热 CaCO3CaO+CO2↑ |
转化法 |
将杂质通过化学反应转化为主要成分 |
除去CO2中的CO,可将气体通过灼热的CuO CO+CuOCu+CO2 |
(3)综合法
在进行混合物的分离或提纯时,采用一种方法往往不能达到目的,而要采用几种方法才能完成,这就是综合法。综合法主要有三种:
①物理方法的综合:主要是溶解、过滤、蒸发、结晶等方法的结合:
②化学方法的综合:当某物质所含杂质不止一种时,通常需加入多种试剂除去(或分离)不同的物质。
③物理与化学方法的综合:当某物质所含杂质不止一种,且有能用物理方法除去(或分离)的杂质时,首先应考虑用物理方法除去一种或几种杂质,然后再用化学方法除去其余杂质。
(4)除杂方法的几个优化原则
①若同时有多种方法能除去杂质,要选择那些简单易行、除杂彻底的方法。
②应尽量选择既可除去杂质,又可增加保留物质的方法,即“一举两得”。
③先考虑物理方法,再用化学方法。
常见的混合物类型及分类与提纯的方法见下表:
混合物类型采用的方法 |
物理方法 |
化学方法 |
固—固混合 |
可溶—可溶 |
结晶 |
把杂质变成沉淀、气体等除去 |
可溶—不溶 |
过滤 |
—— |
不溶—不溶 |
— |
把杂质变成可溶物除去 |
固—液混合 |
过滤 |
—— |
液—液混合 |
—— |
把杂质变成沉淀,气体或被提纯物 |
气—气混合 |
—— |
把杂质变成固体、溶液或被提纯物 |