空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

鐘德明

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)實(shí)驗(yàn)2-1中測(cè)定空氣里氧氣含量所需要的儀器設(shè)備都比較常見(jiàn)，操作流程簡(jiǎn)單明了，現(xiàn)象直觀，容易引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論。但是我們看到集氣瓶?jī)?nèi)的水增加量有時(shí)多于1/5，有時(shí)少于1/5。為了讓這個(gè)實(shí)驗(yàn)更能準(zhǔn)確環(huán)保論證氧氣約占空氣總含量的1/5，該實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的改進(jìn)。

一、教材中實(shí)驗(yàn)方法易產(chǎn)生誤差的原因

首先是集氣瓶?jī)?nèi)氣體體積減少量小于1/5的誤差分析，原因有這些：第一種，裝入燃燒鑰匙的紅磷量不夠多，以至于使瓶?jī)?nèi)氧氣不能耗盡。當(dāng)然靠燃燒的辦法耗盡瓶?jī)?nèi)氧氣是不可能的，我們只能做到使氧氣含量達(dá)到最低水平。第二種，裝置氣密性差，而使空氣緩慢進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi)?？赡苁怯捎谄咳粐?yán)密，也可能是因?yàn)槿紵着c瓶塞之間有間隙等原因。第三種，燃燒熄滅以后馬上打開(kāi)彈簧夾，也就是集氣瓶?jī)?nèi)空氣還未恢復(fù)到室溫就打開(kāi)彈簧夾，這樣由于剩余空氣溫度高于原來(lái)的溫度而使體積膨脹，讓進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積更少。其次是集氣瓶?jī)?nèi)氣體體積減少量大于1/5的誤差分析，原因有這些：第一，可能是人為的偶然誤差，那就是點(diǎn)燃紅磷以后瓶塞與集氣瓶對(duì)接的速度太慢，而此時(shí)燃著的紅磷已經(jīng)在加熱集氣瓶?jī)?nèi)的空氣，集氣瓶?jī)?nèi)的空氣受熱膨脹，一小部分被擠壓到空氣中。第二，由于實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的時(shí)候沒(méi)有夾緊彈簧夾，等你把導(dǎo)管的右端插入水中時(shí)已經(jīng)有部分膨脹的熱空氣從導(dǎo)管中排出。這樣也會(huì)造成進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積大于1/5。最后，因?yàn)榧瘹馄康牟灰?guī)則，使得劃分五等分的刻度不均勻，這樣也會(huì)產(chǎn)生誤差。

二、對(duì)空氣中氧氣含量測(cè)定演示教學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

在按照教材所指出的操作流程反復(fù)去做實(shí)驗(yàn)以及探究以后，與改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn)要能比較成功的做出該實(shí)驗(yàn)結(jié)果，必須明白這幾個(gè)注意事項(xiàng)：第一，整個(gè)實(shí)驗(yàn)必須是在密閉體系里邊完成，確保裝置不漏氣，使得結(jié)果準(zhǔn)確，而且能避免生成的五氧化二磷的零排放，關(guān)于尾氣五氧化二磷的零排放筆者在改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中會(huì)詳細(xì)介紹。第二，要使實(shí)驗(yàn)前后密閉體系內(nèi)的空氣的溫度和壓強(qiáng)相等，這樣才能消除溫度、壓強(qiáng)的干擾測(cè)出空氣體積的變化。第三、實(shí)現(xiàn)密閉體系中引燃可燃物是關(guān)鍵的步驟，這樣就能最大限度減小誤差。第四、對(duì)反應(yīng)前密閉體系中空氣體積的五等分要做到均勻，且刻度線夠細(xì)小直觀。

1.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所用器材及藥品試劑

（1）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需的器材：兩只廢舊底部穿孔規(guī)格為18×180的試管、一只規(guī)格為15×150的試管、四只橡膠塞、兩只5cm玻璃導(dǎo)管、一根15cm橡膠導(dǎo)管、玻璃銼刀、水槽、實(shí)驗(yàn)室用片冰機(jī)、滴管、橡膠手套、鐵架臺(tái)、直尺、酒精燈、1000ml燒杯。

（2）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)所需的藥品及試劑：白磷、紫色石磊試劑、碎冰。

2.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的操作步驟

（1）用玻璃銼刀將底部穿孔廢舊試管制成兩只等長(zhǎng)的玻璃管，然后用橡膠塞、玻璃導(dǎo)管、橡膠管將玻璃管連接成連通器。

（2）在連通器的左端將帶燃燒匙的橡膠塞塞進(jìn)管口，塞緊，然后檢查裝置氣密性，方法是在右端管口倒入適量的水如果水不會(huì)進(jìn)入左端，說(shuō)明氣密性良好。

（3）先將連通器固定在鐵架臺(tái)上，倒入適量的水，這時(shí)連通器左右兩邊的底部都有少量的水;然后將竄好橡膠塞并裝填了白磷的燃燒鑰匙塞入連通器左端管口，塞緊橡膠塞;再將連通器盡最大限度浸入冰水浴中;靜置15分鐘，松開(kāi)夾連通器右端玻璃管的鐵夾，調(diào)整液面高度，使連通器內(nèi)左右兩端液面高度一至;最后用直尺測(cè)量左邊玻璃管0至1處位置的長(zhǎng)度，并記錄。

（4）撤走冰水浴，換成90℃的熱水浴，固定裝置，靜置一片刻，注意觀察白磷的燃燒以及連通器內(nèi)左右兩邊水的液面變化。

（5）待白磷自然熄滅以后，將熱水浴換回冰水浴，靜置15分鐘;通過(guò)調(diào)節(jié)連通器右邊玻璃管的高低，使連通器左右兩邊液面持平;用直尺測(cè)量1至2處的長(zhǎng)度，并記錄。

（6）撤掉冰水浴，在連通器右端玻璃管口塞入無(wú)孔橡膠塞;然后按住左端的橡膠塞輕輕地將燃燒鑰匙往上拽一段距離;再取下連通器輕微震蕩連通器左邊玻璃管，注意避免燃燒匙內(nèi)燃燒殘留物灑落在連通器內(nèi)的水中;靜置片刻，打開(kāi)連通器兩端上管口的橡膠塞。

（7）在連通器左邊玻璃管口滴入幾滴紫色石磊試劑液，觀察顏色變化，并記錄顏色變化;最后將廢液倒入回收罐內(nèi)，洗滌、整理儀器。

3.改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果處理以及結(jié)論推導(dǎo)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)記錄，在步驟c中測(cè)得0至1處長(zhǎng)度為7.0cm，在步驟e中測(cè)得1至2處的長(zhǎng)度為1.4cm，數(shù)據(jù)處理：用1.4cm比上7.0等于1/5。實(shí)驗(yàn)測(cè)出長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)可能會(huì)因人而異，但是比值應(yīng)該是接近的;實(shí)驗(yàn)結(jié)論：氧氣在空氣中所占體積分?jǐn)?shù)為1/5。

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)分析

（1）本實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了尾氣零排放，在步驟f中輕微震蕩連通器左邊玻璃管是為了使燃燒產(chǎn)物五氧化二磷煙霧顆粒充分被水吸收，因?yàn)槲逖趸啄苋苡谒懦鰺崃?，先生成偏磷酸，最后轉(zhuǎn)化為正磷酸，滴入紫色石磊以后溶液顯紅色，說(shuō)明五氧化二磷已經(jīng)轉(zhuǎn)化成了正磷酸，具有高毒性的五氧化二磷煙霧就不會(huì)排放到空氣中污染環(huán)境，實(shí)現(xiàn)零排放的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

（2）與教材中的實(shí)驗(yàn)裝置相比，改進(jìn)后所用的部分實(shí)驗(yàn)器材，實(shí)現(xiàn)了廢物利用，節(jié)約資源，符合教綱所提倡的主旨。

（3）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了在等溫、等壓條件下計(jì)算燃燒耗盡的空氣中氧氣體積，兩次冰水浴，使得連通器左邊密閉氣體的溫度都接近零攝氏度，而不會(huì)因?yàn)樵诔叵伦鲈搶?shí)驗(yàn)室時(shí)，大自然中的氣溫忽高忽低影響結(jié)果，同時(shí)通過(guò)調(diào)節(jié)連通器右邊玻璃管的高度，使連通器左右液面高度一致，從而實(shí)現(xiàn)都在一個(gè)大氣壓條件下，測(cè)量密閉氣體空間的長(zhǎng)度。

（4）改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵點(diǎn)，是能在連通器左邊玻璃管密閉體系里引燃白磷，這樣避免了教材中引燃紅磷后，再塞緊瓶塞，造成空氣因受熱膨脹而溢出的誤差。

（5）不用將不規(guī)則容器的體積劃分成五等分，只需測(cè)量1至2和3至4的長(zhǎng)度，這樣操作簡(jiǎn)單，并且能準(zhǔn)確測(cè)出空氣體積變化。