激光式空氣含氧量測定儀

肖榮榮

1教材實驗存在的問題

筆者發(fā)現(xiàn)，在多個初中科學(xué)教材的8年級化學(xué)教學(xué)中都安排了一個相同的實驗——測定空氣中氧氣的體積含量（實驗裝備如圖1所示）。然而在實際課堂教學(xué)過程中，筆者發(fā)現(xiàn)該實驗存在不少不足之處。

圖1測定空氣中氧氣含量的實驗（1）直角玻璃導(dǎo)管如果事先未注滿水，不僅會引起測量結(jié)果偏低，而且使得實驗操作繁瑣，也達不到較好的實驗效果。

（2）實驗中使用的雙孔軟膠塞，既要連著較長的玻璃導(dǎo)氣管，又要插入燃燒匙，這無論是對教師還是學(xué)生來說，給取用和點燃紅磷時的操作造成了很大的不便。

（3）不少教師點燃紅磷后由于慌忙等原因致插入燃燒匙太慢或未及時塞緊橡膠塞，致使瓶內(nèi)部分空氣受熱溢出，導(dǎo)致實驗測定結(jié)果偏大。

（4）因?qū)嶒炛惺褂玫募瘹馄咳萘枯^大，要使其內(nèi)氧氣全部被消耗，就要求在燃燒匙中裝滿紅磷，但實驗結(jié)束后燃燒匙中往往還會剩余不少紅磷，浪費了藥品。

2實驗改進思路與方法

針對以上闡述的實驗不足和缺陷，筆者對該實驗進行了一番新的設(shè)計和改進。實驗改進的思路是：優(yōu)化實驗裝置，轉(zhuǎn)變點燃方式，節(jié)約化學(xué)藥品，從而提高實驗的有效性。

21實驗材料

集氣瓶（250 mL）、激光筆（5 W）、軟膠塞、燃燒匙、直角玻璃管、一次性輸液器、白磷、燒杯（500 mL）、紅墨水、乳膠管、氫氧化鈉溶液、鑷子等。

22實驗裝置制作方法

（1）如圖2所示，先預(yù)留出集氣瓶底部一定容積，然后將剩余的容積平均分成5等份，并標(biāo)上紅色記號。

圖2測定空氣中含氧量實驗裝置（2）將燃燒匙穿過軟膠塞并調(diào)節(jié)燃燒匙的高度，使得當(dāng)軟膠塞塞緊時，燃燒匙的底部位于集氣瓶中部。再將直角玻璃管的一端也穿過軟膠塞，使管口稍露出軟膠塞即可。

（3）截取一次性輸液器上的流速調(diào)節(jié)器和滴壺，并用乳膠管將它們連接起來。

23實驗過程

（1）按圖2所示實驗裝置，首先在集氣瓶中加入紅墨水（含氫氧化鈉溶液）至瓶底部第一條紅線標(biāo)記處，再在燃燒匙中加入一小顆白磷，然后塞緊橡皮塞。

（2）將改造后的一次性輸液器的一端與插在橡皮塞中的直角玻璃管相連接，并盡可能地擠壓出滴壺中的空氣，同時關(guān)閉開關(guān)（流速調(diào)節(jié)器），然后將另一端放入裝滿紅墨水的燒杯中。

（3）打開激光筆電源開關(guān)并照射白磷，觀察到白磷立即燃燒起來。

（4）待燃燒完畢且集氣瓶冷卻后，打開開關(guān)（流速調(diào)節(jié)器），可觀察到燒杯里的紅墨水經(jīng)輸液管流到了集氣瓶中，待紅墨水不再流動時，關(guān)閉開關(guān)。（5）用力擠壓滴壺，使其中殘留的紅墨水流入集氣瓶中，此時可觀察到紅墨水到達了第二條紅線標(biāo)記處，證明空氣中氧氣的體積含量約占空氣體積的1/5。

3改進實驗的特點

31改變點火方式

實驗中利用激光對集氣瓶內(nèi)的白磷進行加熱，不僅安全環(huán)保，而且避免了點燃白磷時產(chǎn)生的五氧化二磷對空氣的污染和對人體的傷害。教師也不用擔(dān)心點燃白磷后因緊張、慌忙等原因未及時塞緊橡膠塞而致使實驗失敗。

32輸液器的妙用

實驗中利用輸液器部分零件（流速調(diào)節(jié)器、滴壺等）來代替直角玻璃管，通過擠壓滴壺，巧妙地將管中留有的紅墨水送入集氣瓶中，從而提高了實驗的準(zhǔn)確性。

33實驗優(yōu)點

本實驗裝置最大限度地尊重了教材中實驗裝置的原貌，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解。實驗操作簡便、現(xiàn)象明顯、效果好，不僅保證了實驗的科學(xué)嚴謹性，而且還激發(fā)和培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與積極性。

4實驗注意事項

（1）實驗時不可長時間使用激光筆，長時間使用不僅會損壞激光筆，而且也會影響師生的視力。

（2）實驗中使用的是白磷而非紅磷，這是因為紅磷的著火點是260 ℃，而白磷的著火點只有40 ℃。紅磷在密閉的容器內(nèi)燃燒時，氧氣含量下降到約7%時就不再發(fā)生變化了；而在同樣條件下白磷燃燒時，因白磷的著火點較低，可將密閉容器中的氧氣含量降低到接近3%甚至更低。為何教材用紅磷來做實驗，實驗也比較成功呢？筆者通過實驗和分析認為，這是因為當(dāng)紅磷被點燃后放入集氣瓶內(nèi)時，無論放入的動作有多快，總會使瓶內(nèi)部分空氣受熱溢出，致使實驗測定結(jié)果偏大；而紅磷在密閉的容器內(nèi)燃燒時，氧氣含量下降到約7%時就不再發(fā)生變化了，這會使實驗測定結(jié)果偏小。如此“一大一小”的誤差剛好相抵消，故從表面上來看實驗也是成功的，其實不然。endprint