例談空氣中氧氣含量的粗略測(cè)定

林家平

（南京市六合區(qū)金牛湖初級(jí)中學(xué)江蘇南京211521）

例談空氣中氧氣含量的粗略測(cè)定

林家平

（南京市六合區(qū)金牛湖初級(jí)中學(xué)江蘇南京211521）

《初中化學(xué)新課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究作為“課程改革的突破口”,而化學(xué)實(shí)驗(yàn)正是進(jìn)行科學(xué)探究的主要方式,實(shí)驗(yàn)探究有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)新精神、創(chuàng)新能力。教師要注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行各種探究性實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)》（九年級(jí)上冊(cè)）中給出了關(guān)于空氣中氧氣含量的粗略測(cè)定的方法,近幾年的各地中考試題也根據(jù)該原理將此類裝置不斷改進(jìn),設(shè)置出該原理下的多種方法,下面就來介紹其中的幾種。

方法一：小王同學(xué)設(shè)計(jì)了測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)裝置如圖。該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將圖中的集氣瓶分為5等份,并作好標(biāo)記；②在帶橡皮塞和導(dǎo)管的燃燒匙內(nèi)裝入足量的紅磷,將導(dǎo)管上的止水夾緊,在酒精燈上點(diǎn)燃紅磷,并立即伸入集氣瓶內(nèi),塞緊橡皮塞；③充分反應(yīng)后,待集氣瓶冷卻至室溫,打開止水夾。

請(qǐng)回答下列問題：

（1）該實(shí)驗(yàn)中紅磷需稍過量,目的是_______ ____________。

（2）步驟③中打開止水夾后觀察到的現(xiàn)象是_________________________,由此可得出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)約為___________。

[解題分析]該題的設(shè)計(jì)來源于教材,其基本原理就是在密閉的容器內(nèi),紅磷燃燒消耗了氧氣同時(shí)產(chǎn)生固體五氧化二磷,從而使得集氣瓶內(nèi)的壓強(qiáng)減小,燒杯內(nèi)的水倒流進(jìn)入集氣瓶,其體積就是被消耗掉的氧氣體積。為了使得氧氣被充分消耗,因此燃燒匙內(nèi)應(yīng)裝入足量的紅磷。所以本題答案為：（1）使集氣瓶中的氧氣完全消耗；（2）燒杯內(nèi)的水沿著導(dǎo)管流入集氣瓶中,夜面大約在標(biāo)記1處（或者進(jìn)入瓶內(nèi)約1/5）。

方法二：我們知道,空氣的主要成分是氮?dú)夂脱鯕?。右圖是小倩同學(xué)測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)裝置。試回答下列問題：

（1）實(shí)驗(yàn)過程中,燃燒匙里為什么要盛放過量的紅磷？___________________。

（2）這個(gè)實(shí)驗(yàn)除了可以得出氧氣約占空氣體積的1/5的結(jié)論外,還可推論出氮?dú)猓ㄌ睢耙住被颉半y”）溶于水和其化學(xué)性質(zhì)________（填“活潑”或“不活潑”）的結(jié)論。

（3）在此實(shí)驗(yàn)過程中能否用碳、硫代替紅磷？______________________________。

[解題分析]該題的設(shè)計(jì)來源于老教材,其基本原理仍然是在密閉的容器內(nèi),紅磷燃燒消耗了氧氣同時(shí)產(chǎn)生固體五氧化二磷,從而使得鐘罩內(nèi)的壓強(qiáng)減小,水面上升,其上升的體積就是被消耗掉的氧氣體積。為了使得氧氣被充分消耗,因此燃燒匙內(nèi)應(yīng)裝入足量的紅磷。該實(shí)驗(yàn)除了說明空氣中氧氣的體積含量約為1/5,還可以說明氮?dú)獾囊恍┬再|(zhì),如：不能燃燒,也不能支持燃燒；難溶于水等等。該設(shè)計(jì)的另一個(gè)關(guān)鍵在于消耗氧氣的同時(shí)生成物是固體,而不是氣體,如果選用碳、硫代替紅磷則實(shí)驗(yàn)就達(dá)不到預(yù)期效果了。所以本題答案為：（1）使集氣瓶中的氧氣完全消耗。（2）難；不活潑。（3）不能；因?yàn)檫x用碳、硫代替紅磷雖然也消耗了氧氣,但是生成的二氧化碳、二氧化硫是氣體,要占據(jù)體積,所以水面不會(huì)上升到1/5。

方法三：為測(cè)定空氣中氧氣所占的體積分?jǐn)?shù),小軍同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖實(shí)驗(yàn),在一個(gè)耐熱活塞的底部放一小塊（足量）白磷,然后迅速將活塞下壓,則（1）可以觀察到的現(xiàn)象為________________。

（2）冷卻至原來溫度時(shí),慢慢松開手,活塞最終將回到刻度____處。

（3）試回答白磷燃燒的原因____________。

[解題分析]該題的設(shè)計(jì)原理主要利用在密閉的容器內(nèi),通過壓縮活塞做功,導(dǎo)致內(nèi)能增加,溫度上升,達(dá)到白磷的著火點(diǎn),白磷燃燒消耗了氧氣,生成固體五氧化二磷,從而使得活塞內(nèi)的壓強(qiáng)減小,最后活塞停在圖中4處。所以本題的答案是：（1）白磷燃燒,產(chǎn)生大量的白煙。（2）4。（3）壓縮活塞做功,導(dǎo)致內(nèi)能增加,溫度上升,達(dá)到白磷的著火點(diǎn),從而使得白磷燃燒。

方法四：某學(xué)生用圖示裝置粗略地測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。圖中燒杯上方玻璃管（預(yù)先固定好）中部有一小塊白磷,在左端管內(nèi)密封有空氣?；钊叶说牟ＡЧ芸诟諝膺B通,實(shí)驗(yàn)開始前活塞處在刻度5cm處。

（1）向生石灰中加水,玻璃管內(nèi)觀察到的現(xiàn)象是：白磷；此時(shí)活塞向（填左、右）移動(dòng)。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,冷卻至常溫,活塞應(yīng)停在約cm處,據(jù)此可得出的結(jié)論是__________。

[解題分析]該題的設(shè)計(jì)原理主要利用向生石灰中加水,生石灰和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放出熱量達(dá)到白磷的著火點(diǎn),從而使得白磷燃燒,由于在密閉的容器內(nèi),燃燒放出熱量而使氣體膨脹,所以開始時(shí)活塞向右移動(dòng),但是當(dāng)溫度冷卻至常溫時(shí),由于氧氣被消耗,從而使得活塞內(nèi)的壓強(qiáng)減小,最后活塞停在圖中4 cm處。所以本題的答案是：（1）白磷燃燒,產(chǎn)生大量的白煙；右。（2）4；空氣中氧氣的體積含量約為1/5。

由此可見,只要了解了空氣中氧氣含量的粗略測(cè)定的基本原理就可以靈活多變,舉一反三。這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維來說不失為一個(gè)好的例子。

1008-0546（2010）08-0078-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2010.08.034