空气中氧气含量测定实验的改进

湖北省英山县杨柳中学(438700)秦翔

1前言

初中化学《测定空气中氧气的体积分数》的实验，目前在各种教材中介绍的方法有两种：原版教材是用钟罩、水槽等装置，燃烧红磷法；现行教材采用广口瓶、烧杯、长导管等装置，燃烧红磷法，如图1所示。两种方法的共同点是用红磷燃烧消耗容器中的氧气产生负压，使水进入容器，证明空气中含氧气的体积约占空气体积的1/5，但在实际实验过程中存在问题。

2改进的原因

(1)红磷的着火点较高，红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧，所以水面上升的高度不可能达到1/5的理想高度。

(2)实验时把燃着的红磷插入容器中时，如果没有立即、迅速塞紧橡皮塞，使容器里一部分空气受热膨胀外逸，或在容器温度还没降到室温的情况下就产生了负压，水面高度也能达到甚至超过1/5。学生看到的是一个实验成功的假象，失去了实验的真实性和科学性。

(3)实验开始是在空气中进行的，生成的五氧化二磷固体小颗粒散失到空气中，会污染空气，危害师生的健康。

(4)集气瓶容积比较大，冷却至室温需要较长时间。

(5)实验所用水的颜色与玻璃的颜色相近，不便于学生从远处观察实验现象。

(6)不能直观地判断红磷熄灭后集气瓶内是否有残余的氧气。

(7)实验前，导管中空气的体积没有考虑；实验后导管中水的体积也没有考虑，不利于培养学生严谨科学的实验态度。

3实验改进思路

针对实验中可能出现的问题，教学中从以下几个方面进行了改进。

(1)减小反应仪器容积，以节约药品，缩短降温时间。

(2)让白磷在密闭的容器内燃烧，避免生成物污染空气且避免产生负压影响实验的科学性。

(3)将装白磷的试管置于热水中，既可以保证白磷燃烧所需温度，又可以保证试管内温度不太高，橡皮塞不会冲开。

(4)还可以用酒精灯进行二次加热，便于直观地判断燃烧后容器内还有没有剩余的氧气。

(5)将水改为滴有适量红墨水的有色水，便于观察水面的变化情况。

(6)用白磷代替红磷，便于消耗完瓶中的氧气。

4实验仪器及药品

(1)仪器：试管、水槽、酒精灯、橡皮塞、镊子、试管夹。

（2）药品：白磷、红墨水、滤纸、水等。

5改进的步骤

5.1装置图

实验装置如图2所示。

5.2实验步骤

(1)将试管装满水，塞上橡皮塞，在橡皮塞下部做上记号5。

(2)将试管中的水倒入量筒中测量，再倒1/5体积的水于试管中，直立试管，做上记号1，倒净试管中的水。

(3)用镊子取足量的小块白磷，用滤纸吸干水，迅速放入试管中，塞紧橡皮塞。

(4)将试管放入装有70 ℃热水的大烧杯中，观察白磷燃烧。

(5)白磷燃烧熄灭后，迅速把试管放入冷水中冷却。取出，擦干水。

(6)再次将试管放到酒精灯上加热，可以看到又有少量白烟产生。证明试管内氧气不足时白磷不能燃烧，但可以继续反应，彻底消耗试管内氧气。

(7)待试管不太烫时，将试管放入水槽中，加速降温。

(8)待试管内白烟消失后，将试管竖直倒放入盛有红色水的水槽中，在水面以下拔下试管塞，红墨水立即进入试管，并让水槽的水面与试管上的记号5相平。

(9)在水面以下用试管塞塞好试管口，将试管拿出，正立试管观察，进入试管中的水高度大约与试管记号1相平。

6改进的意义

(1)本实验装置简单，操作简便，代用品多，方便学生分组实验。

(2)整个实验过程都在密封的容器中进行，生成物不会污染空气，体现了实验的“绿色化”。

(3)密封的容器剔除了导管中的空气和水对实验的影响，体现了实验的“科学化”。

(4)克服了钟罩和集气瓶因容积过大，燃烧磷较多，放热多，冷却时间长，实验耗时长和浪费药品的缺点，体现了实验的“微型化”。

(5)精确完整的实验步骤，实验误差小，培养学生严谨的实验态度。

(6)过量的白磷二次反应，消耗完试管内空气中的氧气，培养学生的探究能力。

(7)红墨水与玻璃颜色有鲜明的对比，现象明显，可信度高。

收稿日期：2014-05-28