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燃烧法测定空气组成

作者:苏晓明    来源:《初中生周报》    2010-10-8

 

200多年前,拉瓦锡通过加热氧化汞的方法得出了空气是由氧气和氮气组成的结论,课本上测定空气组成的实验和拉瓦锡这个著名实验的基本原理是一样的。
                                
1 拉瓦锡研究分析空气所用的装置   2 实验室测定空气中氧气含量的装置
【实验原理】通过可燃物燃烧消耗密闭装置内空气中的氧气,使燃烧室内气体的压强减小。
【要点解析】1.药品的选择要满足以下条件:
1)可以在空气中燃烧。
2)燃烧时只和空气中的氧气反应,而不能和空气的其他成分反应。
3)燃烧时不生成其它气体,若有气体生成则应设法将其吸收。
不能选用以下药品:

药品
不能选用的原因
铁只能在纯氧中燃烧,在空气中不能燃烧
镁是一种化学性质很活泼的金属,在空气中燃烧,不仅和氧气反应,同时和空气中的氮气、二氧化碳等发生反应
燃烧后生成二氧化硫气体,不能使装置中压强发生明显变化
燃烧生成二氧化碳和一氧化碳气体

2.实验失败原因分析
1)进入装置中水的体积小于其容积的
①红磷的量少,装置中氧气没有耗尽;
②未等装置冷却就打开止水夹;
③装置漏气。
2)进入装置中水的体积大于其容积的
①实验时没有使用止水夹,红磷燃烧时有部分空气从导管口逸出;
②燃烧匙进入装置过程中装置内部分空气受热逸出。
【反思和改进】此实验有两个明显的缺陷:
     燃烧过程没有始终在密闭装置中完成,从点燃红磷到插入集气瓶过程中会有装置内空气受热逸出;
     红磷要达到200℃才能燃烧,实验中燃烧结束,往往不是因为氧气耗尽,而是因为氧气的浓度低到不足以支持红磷燃烧。
据以上两点,我们可以对此实验做出以下改进:
     将红磷换成更加容易燃烧的白磷(40 ℃即可以燃烧)。
     设法让燃料在密闭装置中燃烧。
实验方案:
     取少量白磷放在试管内,盖上胶塞(图3)。
     用酒精灯给试管中的白磷加热,使其燃烧(图4)。
     待燃烧结束,温度降低到室温后将试管倒放到盛有硫酸铜溶液(可以吸收未反应的白磷颗粒)中,打开胶塞。观察试管中液面的变化。
           
               3                                         4
【拓展】1.课本上《测定空气里氧气含量》的实验实验除了可以得出“氧气约占空气体积的1/5”的结论外,你还可以得出有关氮气的性质的哪些结论?
 分析:课本上对于氮气的性质没有介绍,但是在此实验中,通过和氧气的性质进行对比,可以得出氮气的以下性质:

氧气
氮气
约占空气体积的1/5
约占空气体积的4/5
支持燃烧
不能燃烧,也不支持燃烧
化学性质比较活泼
化学性质比较稳定

观察燃烧后剩余气体,可以知道氮气是无色、无味的气体。
根据反应后进入装置水的体积约占装置溶剂的1/5,得出氮气不易溶于水。
等等。
2.燃烧法测定空气中氧气含量的实验体现了混合物分离除杂的基本思路,即根据不同物质不同的性质,将其中一种转化成其它物态而除去。例如,可以在空气中充分灼烧来除去氧化铜中的碳粉,就是利用碳可以在空气中燃烧转化成气体。
                                   小测试
 
1999·南京)某同学用图5所示的装置粗略地测定空气中氧气的体积分数。图中烧杯上方玻璃管(预先固定好)中部有一可左右滑动的活塞,活塞左端管内密封有空气,活塞右端的玻璃管口跟空气连通,实验开始前活塞处在刻度5 cm处。
    1)向烧杯内加入适量水,与生石灰反应的目的是_____________
    2)可观察到玻璃管内开始发生的现象为:①白磷(足量)_____________;②活塞向(填左、右)_____________移动。
    (3)实验结束,恢复至常温,活塞应停在约_____________cm处,据此可得出的结论是_____________
      
             图5
     答案: 1)生石灰用来与水反应放出热,使白磷达到着火点而燃烧。
                  2)①白磷燃烧,白烟充满玻璃管中;②活塞向右移动。
                  (3)恢复常温后,活塞停在4 cm处,证明空气中氧气约占空气体积的1/5