戴香蘭

【摘 要】“測定空氣里氧氣的含量”這個實驗是新人教版九年級化學(xué)上冊中的一個重要實驗。這個實驗存在一些不足之處，對該實驗的方法、裝置及藥品可進行必要的改進。

【關(guān)鍵詞】空氣中氧氣含量的測定；實驗改進

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)。演示實驗的成敗與效果不僅影響學(xué)生對化學(xué)知識的理解和掌握，還直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣?！皽y定空氣里氧氣的含量”這個實驗按教材的設(shè)計方法進行實驗，現(xiàn)象不明顯，實驗的成功率較低。針對這個實驗所存在的問題，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，對該實驗的方法、裝置及藥品進行了改進與嘗試，并取得了較好的實驗效果。

一、教材中的實驗及不足之處

新人教版九年級化學(xué)上冊中的實驗2-1（如圖1），利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使集氣瓶內(nèi)的壓強減小，在大氣壓的作用下，燒杯中的水沿著導(dǎo)管進入集氣瓶里，通過集氣瓶內(nèi)水面上升的體積判斷氧氣的含量。

教材中原實驗在實際的操作中水面不可能達到預(yù)期的理想高度，實驗很難成功，主要原因是教材中原實驗存在以下不足之處：①燃燒過程沒有始終在密閉裝置中完成，從點燃紅磷到插入集氣瓶過程中會有裝置內(nèi)空氣受熱逸出；②點燃紅磷的燃燒匙在伸入集氣瓶過程中，紅磷燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷會逸散到空氣中，不利于師生健康并且污染空氣；③在點燃紅磷前玻璃導(dǎo)管內(nèi)沒有水，反應(yīng)結(jié)束后導(dǎo)管內(nèi)會有部分水滯留，造成的實驗誤差也較大；④紅磷的著火點較高，紅磷燃燒熄滅并不是容器里的氧氣耗盡，而是氧氣的濃度降低到不能再支持紅磷燃燒，即紅磷燃燒僅消耗70%—80%左右的氧氣，所以水面不可能達到預(yù)期的理想高度。

二、實驗的改進

1.為了克服上述中①②兩點缺陷，讓紅磷的燃燒反應(yīng)在密閉的裝置中進行，防止空氣受熱外逸和產(chǎn)生的五氧化二磷逸散到空氣中污染環(huán)境，需要改進點燃方式，把外部點燃改為內(nèi)部點燃，而紅磷的著火點有240℃，內(nèi)部引燃很難達到此溫度，因此，可以用白磷（著火點40℃）代替，由于白磷著火點低，操作更為簡便節(jié)能。通過查閱資料文獻，找到了以下幾種典型的改進方法。

圖2用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷上引燃白磷；圖3用銅絲導(dǎo)熱引燃白磷；圖4用水浴加熱引燃白磷。

這三套裝置都可以解決瓶外引燃導(dǎo)致的污染問題，只是圖2需要用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷上引燃白磷，而教室里無法得到強烈的太陽光，實驗只能到室外做，并且對天氣有要求，因此在實際的教學(xué)中是不適用的。而圖3用銅絲導(dǎo)熱引燃白磷，銅絲需要插入橡膠塞，銅絲通過厚厚的橡膠塞在導(dǎo)熱到白磷的過程中已經(jīng)消耗了大量的熱量，最后傳遞到白磷的熱量很難使白磷的溫度達到著火點而燃燒起來。通過實驗驗證圖4用水浴加熱引燃白磷，是以上幾種改進方法中最簡便并且可行的內(nèi)部引燃白磷的方法。

2.為了克服上述中③的缺陷，減小導(dǎo)管對實驗結(jié)果造成的誤差，需要改進氧氣消耗體積的測量方式?？梢钥s短導(dǎo)管的長度或者直接刪除導(dǎo)管的導(dǎo)水作用。通過查閱資料文獻，找到了以下幾種典型的改進方法。

圖5利用下口敞開的鐘罩放置在水槽里；圖6利用硬質(zhì)玻璃管放置在水槽里；圖7改變?nèi)紵椎男螤?，把直柄彎曲成“V”形；圖8利用白磷燃燒消耗氣體產(chǎn)生的壓差使玻璃注射器的活塞向內(nèi)側(cè)移動。

圖5-圖7的三套裝置利用的改進思路是一致的，都是用敞開的儀器倒置水中讓水面直接上升，無需導(dǎo)管的連接，減少水在導(dǎo)管內(nèi)滯留影響實驗誤差。但這三套裝置中的紅磷要在裝置外部引燃，無法防止空氣受熱外逸和產(chǎn)生的五氧化二磷逸散到空氣中污染環(huán)境。圖8的裝置雖然可以達到內(nèi)部引燃白磷并且沒有導(dǎo)管的作用，但是此裝置的氣密性要求很高，而且因為注射器活塞的摩擦作用，在實際的實驗中也很難達到預(yù)期的實驗結(jié)果?？傊@些裝置也都存在一些問題需要解決。

3.為了克服上述中④的缺陷，需要對實驗的藥品進行改進。教材中的實驗隨著反應(yīng)的進行氧氣濃度降低即無法支持燃燒，因此空氣中的氧氣不能除盡，需要選擇還原性較強的物質(zhì)進行反應(yīng)。通過查閱資料對比，還原性鐵粉是進行此實驗相對理想的藥品，利用鐵生銹可以完全消耗空氣中的氧氣。

圖9即是用還原性鐵粉做此實驗的實驗裝置。

該實驗的儀器和藥品：20mL的注射器、橡膠塞、熱帖、水。

該實驗的過程：利用熱帖（主要成分：鐵粉、水和食鹽）或食品脫氧劑進行實驗。在容量為20mL的注射器中封閉約2mL熱帖中的固體，吸取少量的水，預(yù)留15mL空氣，把注射器前端開口用橡膠塞塞住。

實驗現(xiàn)象及結(jié)果：固體與注射器內(nèi)的氧氣充分反應(yīng)，大約5分鐘后，注射器內(nèi)的氣體減少約3mL，說明氧氣約占空氣體積的1/5，達到預(yù)期的實驗效果。

此裝置實驗的優(yōu)點：克服了上述提到的教材原實驗的四點不足之處，使整個實驗過程做到在密閉的容器中進行，氣體不會向外逸散，無連接裝置，氣密性更好，避免污染，使用的藥品可以完全消耗空氣中的氧氣，更加準(zhǔn)確地測定空氣中氧氣的含量，最大限度減少實驗誤差，并且儀器簡單，操作簡便，藥品易得。此外，還可將此演示實驗轉(zhuǎn)化為學(xué)生實驗，從而進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，為學(xué)生提升創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)開啟智慧之門，讓學(xué)生體驗到化學(xué)實驗的創(chuàng)造之美。

【參考文獻】

[1]邱嬋珍.測定空氣中氧氣含量的實驗改進《新校園》，2014（2）