“細品”空氣中氧氣含量測定實驗

楊潔，河南省實驗中學教師，初中化學教研組長，化學競賽優(yōu)秀輔導教師，任教班級在每年鄭州市質量預測、河南省中考的成績都超出市平均分，優(yōu)秀率較鄭州市抽樣高出十幾個百分點。

步入化學的殿堂后，空氣是我們從化學角度認識的第一種身邊的物質，空氣中氧氣含量的測定實驗是我們探究空氣的成分和體會化學魅力的重要實驗。下面請大家再一起回味、細品一下這個實驗吧。

一、實驗原理解讀

在密閉容器中，通過化學反應消耗空氣中的氧氣，使得容器內(nèi)壓強減小，利用容器內(nèi)外的壓強差壓入水，以進入裝置中水的體積來確定空氣中氧氣的體積分數(shù)。

二、實驗藥品應滿足的條件

為了達到實驗目的，實驗選用的藥品需滿足以下要求：能在空氣中與其中的氧氣發(fā)生反應；不消耗空氣中的其他成分；反應后不生成其他占據(jù)體積的氣體。為了將所取空氣中的氧氣消耗完，一般取過量的藥品進行實驗。拉瓦錫實驗中所用的汞，以及演示實驗中用的紅磷均滿足以上要求。

三、實驗裝置探究

同學們已經(jīng)熟悉課本第27頁的實驗裝置。裝置的集氣瓶中先加入少量水有利于裝置的冷卻，若未充分冷卻，瓶內(nèi)剩余的氣體會因溫度較高而體積膨脹，與原來相比占據(jù)更多體積，使得進入廣口瓶中的水量偏少。

根據(jù)實驗要求，你能設計其他不同的實驗裝置來達到相同的實驗目的嗎？現(xiàn)在進行如下探究。

1. 如圖1，將玻璃鐘罩放入裝有水的水槽中，點燃燃燒匙中過量的紅磷，迅速塞緊橡皮塞，燃燒充分并冷卻到室溫后，觀察到鐘罩內(nèi)的水面上升到約原氣體體積的1/5處。

2. 如圖2，在U形管中放入適量的水，關閉電路上的開關，電阻絲放熱引燃白磷（白磷燃燒需要的溫度比紅磷低，更易引燃，與氧氣反應后也是生成五氧化二磷），反應充分并冷卻到室溫后，左側液面上升到刻度“1”的位置。

3. 如圖3，在一個具有刻度的硬質玻璃容器中放入足量白磷，裝置上有密閉良好且可以左右滑動的活塞。將這個玻璃容器固定在盛有80 ℃熱水的燒杯上，過一會兒看到白磷燃燒。待反應停止且玻璃容器冷卻到室溫后，活塞移動到刻度“4”的位置。

4. 如圖4，在一個氣密性良好的容器中，放入足量白磷，迅速下壓裝置上的活塞，由于外界做功而使裝置內(nèi)的氣體內(nèi)能增加，溫度升高，引燃白磷，待反應結束且冷卻到室溫后，活塞的位置停留在刻度“4”處。

5. 如圖5，在此跟大家分享一個用氣體完成該實驗的設計。在尖嘴管處點燃氫氣（氫氣可在空氣中燃燒，與氧氣反應生成水），迅速塞進廣口瓶，當火焰熄滅時立即停止通入氫氣，待裝置冷卻到室溫后打開止水夾，水進入集氣瓶，約占原氣體體積的1/5。

以上裝置希望能對大家起到拋磚引玉的作用，同學們可以試著改進該實驗，自己設計實驗裝置，互相進行交流。

四、實驗原理的延伸應用

據(jù)新浪網(wǎng)報道，一對夫婦到自家地窖中取物時，不幸身亡。經(jīng)公安局法醫(yī)鑒定確認，這對夫婦是因地窖內(nèi)二氧化碳含量較高使其缺氧而窒息身亡。你能不能參考測定空氣中氧氣含量的方法，測定一下地窖中二氧化碳氣體的含量呢？探究思路如下。

在密閉容器中通過化學反應消耗二氧化碳，使得容器內(nèi)壓強減小，利用壓入水的體積來顯示氣體中二氧化碳的體積。通過查閱資料，可知二氧化碳常用氫氧化鈉溶液吸收（大家可以通過“百度知道”在網(wǎng)上搜索有關知識）。據(jù)此可設計實驗裝置如圖6。在注射器中加入適量濃氫氧化鈉溶液，壓入裝有待測氣體樣品的廣口瓶，適當振蕩后，打開導管上的活塞，可看到有一定量的水進入廣口瓶。據(jù)進入水的體積就可推知地窯空氣樣品中二氧化碳的體積分數(shù)。

責任編輯/侯秀姣