劉魏毅 劉潤(rùn)澤

一、問題的提出

人民教育出版社、課程教材研究所和化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心編著的義務(wù)教育教科書化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)第27頁實(shí)驗(yàn)2-1中提到，在集氣瓶中加入少量水，并將水面上方空間分成5等份，如圖1所示。用彈簧夾夾住乳膠管，點(diǎn)燃紅磷，伸入瓶中并塞上瓶塞，待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察廣口瓶?jī)?nèi)水面變化情況。

利用該裝置按照教科書上所描述的步驟操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小，表現(xiàn)為水進(jìn)入瓶中的體積不到1/5。

二、教科書實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)缺陷分析

教科書中介紹的實(shí)驗(yàn)主要存在以下幾個(gè)缺陷。

1.易漏氣

裝置氣密性難以把控，導(dǎo)致集氣瓶外的空氣進(jìn)入集氣瓶；導(dǎo)管中沒有注滿水，當(dāng)紅磷燃燒并冷卻后，進(jìn)入的水會(huì)部分殘留在導(dǎo)管中，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)誤差。

2.說服力弱

在點(diǎn)燃紅磷伸入廣口瓶?jī)?nèi)、塞緊瓶塞之前的過程中，空氣受熱膨脹，從導(dǎo)管逸出，使容器產(chǎn)生負(fù)壓，瓶外的空氣也有可能進(jìn)入瓶中。氣體有進(jìn)有出，兩者體積是否相等不得而知，因此進(jìn)入廣口瓶的水面高度沒有說服力。

3.誤差太大

廣口瓶沒有刻度，肉眼不容易判斷水的體積是否為1/5；按照教材中的說明進(jìn)行操作，水都達(dá)不到1/5體積。紅磷在燃燒時(shí)，即使過量也不能完全耗盡裝置內(nèi)的氧氣，測(cè)量結(jié)果會(huì)偏小。

筆者用氧氣傳感器多次實(shí)測(cè)磷燃燒后殘余的氧氣量，當(dāng)紅磷燃燒熄滅直至冷卻后，裝置中的氧氣含量為6.2%至7.8%，白磷燃燒后裝置中殘余氧的含量為2.2%至2.9%，多次實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。

三、改進(jìn)方法

方案一

取黃豆大小的白磷放入大試管，立即塞緊橡皮塞，用酒精燈加熱至白磷燃燒，冷卻后將試管倒插在水中，拔去塞子，水立即進(jìn)入試管。在水中塞緊塞子后把試管拿出水面，測(cè)出水的體積，恰好占試管體積的1/5。也可將白磷放入100ml的注射器，按圖2所示操作。

方案二

用焦性沒食子酸的堿性溶液吸收測(cè)定空氣中的氧氣含量。稱取30g氫氧化鉀或氫氧化鈉于250ml燒杯中，加160ml蒸餾水溶解，取焦性沒食子酸30g加入上述溶液，攪拌溶解。加5ml該液體于大試管中，塞緊橡皮塞，將試管倒插在水中，拔去塞子，水立即進(jìn)入試管，再在水中塞緊塞子后把試管拿出水面，用量筒測(cè)出水的體積，恰好占試管體積的1/5。