空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

朱清勇

測(cè)定空氣中的氧氣含量的實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)中的一個(gè)重要的定量實(shí)驗(yàn)，在做“測(cè)定空氣中氧氣含量的體積分?jǐn)?shù)”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難達(dá)到理想的效果，筆者用圖1和圖2所示裝置做過(guò)多次，都未能達(dá)到理想的效果。

上一套人教版教材九年級(jí)《化學(xué)》（全一冊(cè)）課本上第7頁(yè)所示的裝置如圖1所示，其方法是將鐘罩放入盛水的水槽中，以水面為基準(zhǔn)線，將鐘罩水面以上容積分為5等分，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的（如圖1）。

圖1圖2

現(xiàn)行根據(jù)2011新課標(biāo)修訂的初三化學(xué)滬教版、人教版、粵教版等多套教材中，都使用如圖2的實(shí)驗(yàn)裝置。其方法是在集氣瓶?jī)?nèi)加入少量水，再將集氣瓶水面以上容積劃分為5等份，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的。盡管教材版本變化多次，但該實(shí)驗(yàn)的目的只有一個(gè)，就是如何準(zhǔn)確地測(cè)出空氣中氧氣的含量。

不管是教材中的設(shè)計(jì)還是一些資料上的改進(jìn)，思路可謂經(jīng)典，但實(shí)際操作中仍有很多困惑。

一、原實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)前，集氣瓶（或鐘罩）內(nèi)上升的水在容器中所占體積分?jǐn)?shù)的劃分較為復(fù)雜；實(shí)驗(yàn)中，紅磷燃燒至完全冷卻約需15 min左右，耗時(shí)太多。

2.實(shí)驗(yàn)存在一些明顯的不足之處：

首先，經(jīng)色譜分析，紅磷在集氣瓶瓶?jī)?nèi)燃燒結(jié)束后，瓶?jī)?nèi)仍有7%以上的氧氣剩余，若用上教版教材中圖2實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果一般約為15%。

其次，實(shí)驗(yàn)時(shí)都必須在容器外點(diǎn)燃紅磷后再伸入容器內(nèi)，燃著的紅磷伸入容器內(nèi)時(shí)，容器內(nèi)的空氣一定會(huì)發(fā)生膨脹，造成部分空氣被排出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.在酒精燈上點(diǎn)燃紅磷時(shí)，生成的五氧化二磷顆粒以白煙的形式擴(kuò)散到空氣中會(huì)污染環(huán)境。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際的化學(xué)教學(xué)中，為了提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，借鑒了同行一些好的做法，設(shè)計(jì)了如圖3所示，效果比較理想的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

利用還原性鐵粉的活潑性消耗試管內(nèi)的氧氣，導(dǎo)致試管內(nèi)壓力下降，從而使其外界大氣壓的作用下將量筒內(nèi)的水慢慢壓進(jìn)橫放的試管中，根據(jù)量筒中液面移動(dòng)的水量就能求出試管中氧氣的體積，從而計(jì)算出氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

（2）先檢查氣密性，后關(guān)閉止水夾。

（3）先用膠頭滴管在10cm×5cm濾紙上均勻滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再將還原性鐵粉

0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均勻鋪在濾紙上，將濾紙放入試管，迅速塞緊橡皮塞，將試管固定在鐵架臺(tái)上，導(dǎo)管伸入裝有15 mL水的量筒中。

4.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)原理正確。常州的江軍老師在類似鐵的吸氧腐蝕裝置中用氧氣傳感器測(cè)量了體系中O2的含量變化，O2含量在162s內(nèi)從最初的21%逐漸下降到0。

（2）操作簡(jiǎn)單，裝置始終處于密封狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（3）藥品用量少，不需加熱，無(wú)污染更加環(huán)保。

5.實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1）還原性鐵粉易氧化，實(shí)驗(yàn)前最好選用新試劑。農(nóng)村學(xué)校也可以用市場(chǎng)上暖寶寶中的鐵粉代替。

（2）活性炭粉在使用前需要烘干。

（收稿日期：2014-11-10）

測(cè)定空氣中的氧氣含量的實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)中的一個(gè)重要的定量實(shí)驗(yàn)，在做“測(cè)定空氣中氧氣含量的體積分?jǐn)?shù)”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難達(dá)到理想的效果，筆者用圖1和圖2所示裝置做過(guò)多次，都未能達(dá)到理想的效果。

上一套人教版教材九年級(jí)《化學(xué)》（全一冊(cè)）課本上第7頁(yè)所示的裝置如圖1所示，其方法是將鐘罩放入盛水的水槽中，以水面為基準(zhǔn)線，將鐘罩水面以上容積分為5等分，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的（如圖1）。

圖1圖2

現(xiàn)行根據(jù)2011新課標(biāo)修訂的初三化學(xué)滬教版、人教版、粵教版等多套教材中，都使用如圖2的實(shí)驗(yàn)裝置。其方法是在集氣瓶?jī)?nèi)加入少量水，再將集氣瓶水面以上容積劃分為5等份，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的。盡管教材版本變化多次，但該實(shí)驗(yàn)的目的只有一個(gè)，就是如何準(zhǔn)確地測(cè)出空氣中氧氣的含量。

不管是教材中的設(shè)計(jì)還是一些資料上的改進(jìn)，思路可謂經(jīng)典，但實(shí)際操作中仍有很多困惑。

一、原實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)前，集氣瓶（或鐘罩）內(nèi)上升的水在容器中所占體積分?jǐn)?shù)的劃分較為復(fù)雜；實(shí)驗(yàn)中，紅磷燃燒至完全冷卻約需15 min左右，耗時(shí)太多。

2.實(shí)驗(yàn)存在一些明顯的不足之處：

首先，經(jīng)色譜分析，紅磷在集氣瓶瓶?jī)?nèi)燃燒結(jié)束后，瓶?jī)?nèi)仍有7%以上的氧氣剩余，若用上教版教材中圖2實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果一般約為15%。

其次，實(shí)驗(yàn)時(shí)都必須在容器外點(diǎn)燃紅磷后再伸入容器內(nèi)，燃著的紅磷伸入容器內(nèi)時(shí)，容器內(nèi)的空氣一定會(huì)發(fā)生膨脹，造成部分空氣被排出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.在酒精燈上點(diǎn)燃紅磷時(shí)，生成的五氧化二磷顆粒以白煙的形式擴(kuò)散到空氣中會(huì)污染環(huán)境。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際的化學(xué)教學(xué)中，為了提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，借鑒了同行一些好的做法，設(shè)計(jì)了如圖3所示，效果比較理想的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

利用還原性鐵粉的活潑性消耗試管內(nèi)的氧氣，導(dǎo)致試管內(nèi)壓力下降，從而使其外界大氣壓的作用下將量筒內(nèi)的水慢慢壓進(jìn)橫放的試管中，根據(jù)量筒中液面移動(dòng)的水量就能求出試管中氧氣的體積，從而計(jì)算出氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

（2）先檢查氣密性，后關(guān)閉止水夾。

（3）先用膠頭滴管在10cm×5cm濾紙上均勻滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再將還原性鐵粉

0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均勻鋪在濾紙上，將濾紙放入試管，迅速塞緊橡皮塞，將試管固定在鐵架臺(tái)上，導(dǎo)管伸入裝有15 mL水的量筒中。

4.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)原理正確。常州的江軍老師在類似鐵的吸氧腐蝕裝置中用氧氣傳感器測(cè)量了體系中O2的含量變化，O2含量在162s內(nèi)從最初的21%逐漸下降到0。

（2）操作簡(jiǎn)單，裝置始終處于密封狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（3）藥品用量少，不需加熱，無(wú)污染更加環(huán)保。

5.實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1）還原性鐵粉易氧化，實(shí)驗(yàn)前最好選用新試劑。農(nóng)村學(xué)校也可以用市場(chǎng)上暖寶寶中的鐵粉代替。

（2）活性炭粉在使用前需要烘干。

（收稿日期：2014-11-10）

測(cè)定空氣中的氧氣含量的實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)中的一個(gè)重要的定量實(shí)驗(yàn)，在做“測(cè)定空氣中氧氣含量的體積分?jǐn)?shù)”這一實(shí)驗(yàn)時(shí)，很難達(dá)到理想的效果，筆者用圖1和圖2所示裝置做過(guò)多次，都未能達(dá)到理想的效果。

上一套人教版教材九年級(jí)《化學(xué)》（全一冊(cè)）課本上第7頁(yè)所示的裝置如圖1所示，其方法是將鐘罩放入盛水的水槽中，以水面為基準(zhǔn)線，將鐘罩水面以上容積分為5等分，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的（如圖1）。

圖1圖2

現(xiàn)行根據(jù)2011新課標(biāo)修訂的初三化學(xué)滬教版、人教版、粵教版等多套教材中，都使用如圖2的實(shí)驗(yàn)裝置。其方法是在集氣瓶?jī)?nèi)加入少量水，再將集氣瓶水面以上容積劃分為5等份，通過(guò)紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進(jìn)入水的體積來(lái)測(cè)定的。盡管教材版本變化多次，但該實(shí)驗(yàn)的目的只有一個(gè)，就是如何準(zhǔn)確地測(cè)出空氣中氧氣的含量。

不管是教材中的設(shè)計(jì)還是一些資料上的改進(jìn)，思路可謂經(jīng)典，但實(shí)際操作中仍有很多困惑。

一、原實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

1.實(shí)驗(yàn)前，集氣瓶（或鐘罩）內(nèi)上升的水在容器中所占體積分?jǐn)?shù)的劃分較為復(fù)雜；實(shí)驗(yàn)中，紅磷燃燒至完全冷卻約需15 min左右，耗時(shí)太多。

2.實(shí)驗(yàn)存在一些明顯的不足之處：

首先，經(jīng)色譜分析，紅磷在集氣瓶瓶?jī)?nèi)燃燒結(jié)束后，瓶?jī)?nèi)仍有7%以上的氧氣剩余，若用上教版教材中圖2實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果一般約為15%。

其次，實(shí)驗(yàn)時(shí)都必須在容器外點(diǎn)燃紅磷后再伸入容器內(nèi)，燃著的紅磷伸入容器內(nèi)時(shí)，容器內(nèi)的空氣一定會(huì)發(fā)生膨脹，造成部分空氣被排出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。

3.在酒精燈上點(diǎn)燃紅磷時(shí)，生成的五氧化二磷顆粒以白煙的形式擴(kuò)散到空氣中會(huì)污染環(huán)境。

二、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

在實(shí)際的化學(xué)教學(xué)中，為了提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，筆者對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，借鑒了同行一些好的做法，設(shè)計(jì)了如圖3所示，效果比較理想的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路

利用還原性鐵粉的活潑性消耗試管內(nèi)的氧氣，導(dǎo)致試管內(nèi)壓力下降，從而使其外界大氣壓的作用下將量筒內(nèi)的水慢慢壓進(jìn)橫放的試管中，根據(jù)量筒中液面移動(dòng)的水量就能求出試管中氧氣的體積，從而計(jì)算出氧氣的體積分?jǐn)?shù)。

（2）先檢查氣密性，后關(guān)閉止水夾。

（3）先用膠頭滴管在10cm×5cm濾紙上均勻滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再將還原性鐵粉

0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均勻鋪在濾紙上，將濾紙放入試管，迅速塞緊橡皮塞，將試管固定在鐵架臺(tái)上，導(dǎo)管伸入裝有15 mL水的量筒中。

4.改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

（1）實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，實(shí)驗(yàn)原理正確。常州的江軍老師在類似鐵的吸氧腐蝕裝置中用氧氣傳感器測(cè)量了體系中O2的含量變化，O2含量在162s內(nèi)從最初的21%逐漸下降到0。

（2）操作簡(jiǎn)單，裝置始終處于密封狀態(tài)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。

（3）藥品用量少，不需加熱，無(wú)污染更加環(huán)保。

5.實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1）還原性鐵粉易氧化，實(shí)驗(yàn)前最好選用新試劑。農(nóng)村學(xué)校也可以用市場(chǎng)上暖寶寶中的鐵粉代替。

（2）活性炭粉在使用前需要烘干。

（收稿日期：2014-11-10）