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  4. 吸入空气与呼出气体的比较空气中氧气含量的测定氮气的性质和用途空气的检验

如图是测定空气中氧气含量的装置.实验前在集气瓶内加入少量水,并做上记号.下列说法中,不正确的是()A.若红磷的量不足,会影响实验结果B.点燃红磷前先用弹簧夹紧乳胶管C.红磷

一、题文

如图是测定空气中氧气含量的装置.实验前在集气瓶内加入少量水,并做上记号.下列说法中,不正确的是(  )
A.若红磷的量不足,会影响实验结果
B.点燃红磷前先用弹簧夹紧乳胶管
C.红磷熄灭后,冷却后才能打开弹簧夹
D.将红磷换成木炭会得到同样的实验结果

考点提示:吸入空气与呼出气体的比较,空气中氧气含量的测定,氮气的性质和用途,空气的检验

二、答案

D

试题分析:A、测定空气中氧气含量实验时红磷要过量,能把氧气全部耗尽,实验结论精确,因此若红磷的量不足,会影响实验结果,故说法正确.B、点燃红磷前先用弹簧夹夹紧乳胶管,防止红磷燃烧时空气受热从导管逸出,影响实验结果,故说法正确.C、红磷熄灭后要等集气瓶冷却至室温再打开弹簧夹开始读数,若燃烧结束后立刻打开弹簧夹,由于剩余气体膨胀,测量的结果会小于五分之一,故说法正确.D、由于木炭燃烧生成二氧化碳等气体,集气瓶内压强基本不变,不能测出空气中氧气的含量,故说法错误.

三、考点梳理

知名教师分析,《如图是测定空气中氧气含量的装置.实验前在集气瓶内加入少量水,并做上记号.下列说法中,不正确的是()A.若红磷的量不足,会影响实验结果B.点燃红磷前先用弹簧夹紧乳胶管C.红磷》这道题主要考你对 吸入空气与呼出气体的比较空气中氧气含量的测定氮气的性质和用途空气的检验 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:吸入空气与呼出气体的比较,空气中氧气含量的测定,氮气的性质和用途,空气的检验

考点名称:吸入空气与呼出气体的比较
  • 活动与探究:
    我们吸入的空气和呼出的气体有什么不同?

    资料:
    (1)二氧化碳可以使澄清的石灰水变浑浊,白色浑浊越多,说明气体中二氧化碳越多。
    (2)氧气可以使带火星的木条复燃,木条燃烧越旺,说明氧气越多。
    (3)二氧化碳可以使燃着的木条熄灭。
  • 吸入和呼出气体的比较探究实验:

    1. 实验方案:
    用排水法收集气体在两个集气瓶中装满水,用玻璃片盖住瓶口,倒放入水中。将塑料管小心插入集气瓶内,吹气集气瓶中的水逐渐排出,收集满呼出的气体呼出的气体几乎没有溶于水
    在水中收集满气体后,用玻璃片盖住瓶口,从水中取出正放于桌面上气体无色无色的气体,密度比空气的大
    探究呼出气体的性质向一个盛空气的集气瓶和一个盛呼出气体的集气瓶中,各滴入几滴澄清的石灰水,振荡盛空气的集气瓶内澄清石灰水没有变浑浊;盛呼出气体的集气瓶内澄清的石灰水变浑浊呼出的气体中二氧化碳的含量>空气中二氧化碳的含量
    将燃着的木条分别插入另一个盛有呼出气体的集气瓶中和盛有空气的集气瓶中盛有空气的集气瓶中的木条继续燃烧,无明显变化;盛呼出气体的集气瓶中燃着的木条逐渐熄灭呼出的气体中氧气的含量<空气中氧气的含量
    取一块干燥的玻璃片,对着呼气,并与放在空气中的另一块玻璃片进行比较对着呼气的玻璃片上有一层水雾;放在空气中的玻璃片无明显变化呼出的气体中水蒸气的含量>空气中水蒸气的含量

    2. 探究说明:
    给集气瓶装水时,很容易使集气瓶内留有气泡,为了避免这个问题,首先应该把集气瓶放正、水装满,盖玻璃片时,应先盖住一小部分,然后沿水平方向推动玻璃片,将瓶口全部盖住。

    3. 分析与讨论:

    (1)吸人的空气中二氧化碳的含量为0.03%,所以加入澄清石灰水无明显现象,而呼出的气体中二氧化碳的含量约为4%,所以能使澄清石灰水变浑浊。
    (2)呼吸作用消耗氧气产生二氧化碳,呼出气体中氧气含量低,不能支持木条燃烧。
    (3)人体中大部分都是水,且每天还产生一部分水,所以呼出的气体中含有的水蒸气比空气中的多。
考点名称:空气中氧气含量的测定
  •      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。
考点名称:氮气的性质和用途
  • 氮气:
        氮气,常况下是一种无色无味无臭的气体,且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%(体积分数),是空气的主要成份。常温下为气体,在标准大气压下,冷却至-195.8℃时,变成没有颜色的液体,冷却至-209.86℃时,液态氮变成雪状的固体。氮气的化学性质很稳定,常温下很难跟其他物质发生反应,但在高温、高能量条件下可与某些物质发生化学变化,用来制取对人类有用的新物质。
  • 物理性质:
    (1)无色无味的气体
    (2)不易溶于水
    (3)在标准状况下密度为1.251g/L,密度比空气略小 

    化学性质:

    化学性质不活泼,一般情况下不能燃烧,也不支持燃烧;在常温下难与其他物质发生反应,但在高温下也能与一些物质发生化学反应。
  • 用途:
    (1)焊接金属时做保护气
    (2)灯泡中填充氮气以延长灯泡的使用寿命,食品包装袋中充有氮气以防止食品腐烂变质
    (3)医疗上可以在液氮冷冻麻醉的条件下做手术
    (4)超导材料在液氮的低温环境下能显示超导性能
    (5)制造氮肥和硝酸
    (6)有些博物馆把贵重罕见的书画,墨宝保存在充满氮气的圆筒中,既可以避免氧化变质,又可防止虫蛀霉变。
  • 氮的化学性质:
    1. 氮化物反应
    氮化镁与水反应:Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3
    在放电条件下,氮气才可以和氧气化合生成一氧化氮:N2+O2=放电=2NO
    一氧化氮与氧气迅速化合,生成二氧化氮2NO+O2=2NO2
    二氧化氮溶于水,生成硝酸,一氧化氮3NO2+H2O=2HNO3+NO
    五氧化二氮溶于水,生成硝酸,N2O5+H2O=2HNO3

    2. 氮和活泼金属反应
    N2与金属锂在常温下就可直接反应:6Li+N2===2Li3N
    N2与碱土金属Mg、Ca、Sr、Ba在炽热的温度下作用:3Ca+N2===Ca3N2
    N2与镁条反应:3Mg+N2=点燃=Mg3N2(氮化镁)

    3. 氮和非金属反应
    N2与氢气反应制氨气:N2+3H2===(可逆符号)2NH3
    N2与硼要在白热的温度才能反应:2B+N2===2BN(大分子化合物)
    N2与硅和其它族元素的单质一般要在高于1473K的温度下才能反应。

    氮气用途——汽车轮胎
    1.提高轮胎行驶的稳定性和舒适性
    氮气几乎为惰性的双原子气体,化学性质极不活泼,气体分子比氧分子大,不易热胀冷缩,变形幅度小,其渗透轮胎胎壁的速度比空气慢约30~40%,能保持稳定胎压,提高轮胎行驶的稳定性,保证驾驶的舒适性;氮气的音频传导性低,相当于普通空气的1/5,使用氮气能有效减少轮胎的噪音,提高行驶的宁静度。

    2.防止爆胎和缺气碾行
    爆胎是公路交通事故中的头号杀手。据统计,在高速公路上有46%的交通事故是由于轮胎发生故障引起的,其中爆胎一项就占轮胎事故总量的70%。汽车行驶时,轮胎温度会因与地面磨擦而升高,尤其在高速行驶及紧急刹车时,胎内气体温度会急速上升,胎压骤增,所以会有爆胎的可能。而高温导致轮胎橡胶老化,疲劳强度下降,胎面磨损剧烈,又是可能爆胎的重要因素。而与一般高压空气相比,高纯度氮气因为无氧且几乎不含水份不含油,其热膨胀系数低,热传导性低,升温慢,降低了轮胎聚热的速度,不可燃也不助燃等特性,所以可大大地减少爆胎的几率。

    3.延长轮胎使用寿命
    使用氮气后,胎压稳定体积变化小,大大降低了轮胎不规则磨擦的可能性,如冠磨、胎肩磨、偏磨,提高了轮胎的使用寿命;橡胶的老化是受空气中的氧分子氧化所致,老化后其强度及弹性下降,且会有龟裂现象,这时造成轮胎使用寿命缩短的原因之一。氮气分离装置能极大限度地排除空气中的氧气、硫、油、水和其它杂质,有效降低了轮胎内衬层的氧化程度和橡胶被腐蚀的现象,不会腐蚀金属轮辋,延长了轮胎的使用寿命,也极大程度减少轮辋生锈的状况。

    4.减少油耗,保护环境
    轮胎胎压的不足与受热后滚动阻力的增加,会造成汽车行驶时的油耗增加;而氮气除了可以维持稳定的胎压,延缓胎压降低之外,其干燥且不含油不含水,热传导性低,升温慢的特性,减低了轮胎行走时温度的升高,以及轮胎变形小抓地力提高等,降低了滚动阻力,从而达到减少油耗的目的。
考点名称:空气的检验
  • 空气检验方法:
    用燃着的木条,如果木条燃烧一会后熄灭,则证明有空气的存在。
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