文档内容
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（二）测定空气中氧气的含量
实验深度突破
一、实验基础认知
1. 实验目的：测定空气中氧气的体积分数，验证空气是混合物。
2. 核心思想：利用化学反应消耗氧气，使密闭容器内气压减小，通过液体倒流的体积
间接测定氧气体积。
二、经典实验装置与原理
1. 装置组成（以红磷燃烧法为例）
仪器 作用
集气瓶 盛放空气，底部预先装少量水（吸收白烟、降温）
燃烧匙 盛放红磷，连接橡胶塞。
橡胶塞 密封集气瓶，插入燃烧匙和导管，防止空气泄漏
导管+止 导管连接集气瓶和烧杯，止水夹实验前关闭，防止水或空气进
水夹 入。
烧杯 盛放水，通过水的体积变化测定氧气体积。
2. 化学反应原理：4P+5O 点燃 2P O
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关键性质：
（1）红磷只与氧气反应，不与氮气等其他气体反应；
（2）生成物五氧化二磷为固体，反应后容器内气体减少，气压降低。
三、实验操作步骤与关键点
1.实验前准备
检查装置气密性：
方法：将导管一端浸入水中，用手紧握集气瓶外壁，若导管口有气泡冒出，松手后导管
内形成一段稳定水柱，说明气密性良好。
目的：防止装置漏气导致实验结果偏小。
标记：将集气瓶容积划分为 5等份（或通过注水法标记刻度），便于观察水倒流的体
积。
2.实验操作流程
（1）点燃红磷：用坩埚钳夹取红磷放入燃烧匙，在酒精灯上迅速点燃（动作缓慢会导
致瓶内空气受热逸出，结果偏大）。
（2）伸入集气瓶并塞紧橡胶塞：立即将燃烧匙伸入集气瓶底部，快速塞紧橡胶塞（防
止瓶内空气因受热膨胀而逸出）。
（3）观察燃烧现象：红磷燃烧，产生大量白烟（五氧化二磷固体小颗粒），放出热
量。
注意：白烟有毒，实验应在通风处进行或使用改进装置（如水下点燃白磷）。
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3、冷却至室温：待集气瓶完全冷却后（未冷却时瓶内气压较高，水进入量偏少，结果
偏小），打开止水夹。
4、观察水倒流现象：烧杯中的水沿导管进入集气瓶，最终液面上升至约1/5容积处。
四、实验现象与结论
1. 实验现象
燃烧时：红磷剧烈燃烧，产生大量白烟，放热。
冷却后：打开止水夹，水倒流入集气瓶，体积约占原空气体积的 1/5；
2. 实验结论
（1）氧气约占空气体积的1/5；
（2）空气是由氧气、氮气等组成的混合物。
（3）集气瓶内剩余气体（主要为氮气）约占 4/5，表现出无色无味、难溶于水、不燃
烧也不支持燃烧的性质。
五、误差分析
1. 结果偏小（水的体积＜1/5）
原因 原理分析
红磷量不足 未完全消耗氧气，导致剩余氧气较多，气压减小不
足。
装置气密性不良 冷却时外界空气进入集气瓶，弥补了部分气压差，水
进入量减少。
未冷却至室温就打开 瓶内气体仍处于膨胀状态，气压偏高，水进入量偏
止水夹 少。
导管内未预先注满水 打开止水夹后，部分水先填充导管，导致进入集气瓶
的水偏少。
2. 结果偏大（水的体积＞1/5）
原因 原理分析
点燃红磷后伸入集气 瓶内空气因受热大量逸出，冷却后气压差增大，水进
瓶速度过慢 入量偏多。
止水夹（或弹簧夹） 红磷燃烧时放热，瓶内气体膨胀，气体从导管逸出，
未夹紧 导致瓶内气体减少量大于实际消耗的氧气量。
六、药品选择与替代方案
1. 理想药品的条件
（1）只与氧气反应，不与其他气体反应；
（2）生成物为固体（若生成气体，需用溶液吸收，如NaOH溶液吸收CO 或SO ）。
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2. 常见实验药品比较
药品 能否使用 原因
红磷 能 符合理想药品条件，反应彻底，生成物为固体。
白磷 能 着火点低（40℃），可水下点燃，更易操作，但有
（需改进） 毒，需注意防护。
硫或碳 不能 燃烧生成气体（SO 或CO ），若瓶内预先盛放NaOH溶
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（需改进） 液吸收气体，则可用。
不仅与氧气反应，还能与氮气、二氧化碳反应，导致
镁条 不能 结果偏大。
铁丝 不能 在空气中不能燃烧，无法消耗氧气。
3. 改进装置示例
加热铜粉法：
原理：2Cu+O △ 2CuO
2
装置：硬质玻璃管+注射器（如图）。
优点：无白烟污染，通过注射器刻度直接读取氧气体积，误差更小。
七、实验拓展与注意事项
1. 常见问题解答
集气瓶底的水有何作用？
（1）吸收P O 白烟，防止污染；
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（2）降低温度，加速冷却；
2. 安全与环保注意事项
（1）红磷需过量，确保氧气完全消耗；
（2）操作中避免烫伤（燃烧匙高温）；
（3）白磷实验需在通风处或水下进行，防止吸入有毒白烟。
八、中考高频考点归纳
1、原理理解：为什么红磷要过量？（确保氧气完全反应）
2、能否用镁条等其他物质替代红磷？（结合药品选择条件分析）
3、误差分析：给出实验现象，分析水体积异常的原因（如装置漏气、未冷却等）。
4、装置评价：对比不同装置优缺点（是否安全、环保、操作简便，测量更准确）。
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5、数据计算与推理：根据水的体积计算氧气含量；
6、推断剩余气体的性质（如氮气的性质）。
7、实验现象与结论描述：准确描述燃烧现象和水倒流体积；
8、区分“体积分数”与“质量分数”（氧气占空气体积的1/5）。
中考命题探秘
一、考情分析
测定空气中氧气含量是初中化学的重要实验，也是中考化学的高频考点，该实验聚焦气
体含量测定原理与实验操作，能有效考查学生对实验原理的理解、实验操作的掌握及数
据分析处理能力。随着教育对学生科学素养和探究能力培养的重视程度不断提升，这一
知识点的考查深度和广度也在逐渐拓展。命题者不再局限于对基础实验知识的考查，而
是更倾向于通过创新实验情境、改进实验装置等方式，考查学生对知识的灵活运用和深
度理解。
二、考查形式
1.选择题：常考查实验原理、药品选择、实验现象和结论的判断。
2.填空题：涉及实验步骤的完善、实验现象的记录以及根据实验结果分析原因等。
3.实验题：这是考查该知识点的重要形式，要求学生能完整描述实验过程，分析实验中
出现的误差原因，对实验装置进行评价和改进并阐述理由。如给出一套改进后的测定空
气中氧气含量的实验装置，让学生分析装置的优点，实验过程中如何操作以减小误差，
以及根据实验数据计算氧气含量等。
三、中考所占分值或比例
在各地中考化学试卷中，单独考查测定空气中氧气含量这一知识点时，分值通常在2-4
分。若在综合实验探究题中考查，分值可达到4-8分，约占化学中考总分的5%-10%。例
如某地区中考化学试卷，以实验探究题形式考查，给出改进实验装置，从实验原理、操
作步骤、误差分析到实验拓展，共设置了 6分的题目，考查学生对该实验全方位的掌握
情况。
四、中考预测
1.实验创新持续深化：未来中考会更加注重实验创新，可能会出现更多新颖的实验装置
和实验方法。如利用数字化实验设备，像氧气传感器实时监测氧气含量变化并绘制曲
线，让学生根据曲线分析实验过程；或者给出利用不同原理（如利用金属生锈、缓慢氧
化等）设计的实验装置，考查学生对新原理的理解和应用。
2.跨学科融合趋势增强：可能会与物理学科中的压强知识进一步融合，深入考查实验中
压强变化与氧气消耗的关系；也可能结合生物学科中呼吸作用的知识，探讨在不同环境
下空气中氧气含量的变化及测定方法。
3.联系生活实际紧密：以生活中的空气污染问题、室内空气质量检测等为背景，考查学
生运用测定空气中氧气含量的知识解决实际问题的能力，如设计简单实验检测教室或新
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装修房间内的氧气含量是否正常。
五、备考建议
1.深度理解实验原理：透彻掌握红磷燃烧消耗氧气，使容器内压强减小，通过进入容器
内水的体积测定氧气含量的原理。对比不同原理的实验，如铜粉加热消耗氧气、铁生锈
消耗氧气等实验，分析它们与红磷燃烧实验的异同点，加深对气体含量测定原理的理
解。
2.精准把握实验细节：牢记实验步骤，如检查装置气密性的方法、点燃红磷的操作要
点、打开止水夹的时机等；明确药品用量及原因，红磷过量是为了充分消耗氧气；熟悉
实验现象，红磷燃烧产生大量白烟、放出热量，冷却后打开止水夹水进入集气瓶约占瓶
内空气体积的1/5等；清楚注意事项及原因，如装置气密性要好防止外界空气进入或内
部气体逸出影响实验结果、需冷却至室温再打开止水夹避免气体受热膨胀导致测量误差
等。
3.熟练掌握误差分析：通过练习不同情境下的误差分析题目，能准确判断实验结果偏大
或偏小的原因。结果偏大可能是弹簧夹未夹紧，燃烧时气体受热膨胀逸出；止水夹未夹
紧，燃烧时气体受热膨胀逸出；红磷伸入过慢，部分空气受热逸出等。结果偏小可能是
红磷量不足，氧气未被完全消耗；装置漏气，外界空气进入；未冷却至室温就打开止水
夹，气体膨胀占据一定体积等。
4.拓展实验探究思维：关注教材实验装置的改进和创新，分析不同改进方案的优点和原
理。如用凸透镜聚焦太阳光点燃红磷，避免打开瓶塞造成气体逸出；用注射器代替传统
的集气瓶和烧杯装置，使测量更精准等。尝试自己设计改进实验装置，培养创新思维和
实验探究能力。
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