測定空氣里氧氣含量實驗方案改進初探

測定空氣中氧氣含量的實驗，是人教版九年級化學第二單元課題1中的一個重要的實驗，該實驗隨課本修訂曾多次進行改進。最早實驗是采用將鐘罩放入盛水的水槽中，通過紅磷燃燒消耗氧氣，然后觀察進入到鐘罩內的水的體積來測定的(圖1)。這個實驗在操作中由于在鐘罩外點燃，在伸入鐘罩時，鐘罩內空氣由于受熱會逸出部分氣體，不宜學生形成正確的實驗結論;同時鐘罩置于水槽中，也不易觀察;另外鐘罩體積太大，所用藥品消耗太多，不僅造成藥品浪費，還會造成空氣污染。

現在的課本將實驗裝置進行圖2所示改進。但筆者認為和原實驗存在共同的不足，表現為實驗時也要先在瓶外點燃紅磷，再伸入瓶中，由于集氣瓶直徑較大，會由于磷燃燒放熱使集氣瓶內空氣外逸。同時導管中有氣體，冷卻后要殘余部分水。這些原因會使得定量測定的準確度不高。再有由于集氣瓶空間較大，等待白煙完全消失和瓶中氣體冷卻到室溫需要較長的時間。

如何改變上述實驗中存在的問題?如圖3所示，筆者取一大具支試管，使用4根紅色橡皮筋將容積分成5等分;側管口用乳膠管連接(便于密封)，并用彈簧夾夾緊。實驗時取足量的白磷放入試管底部(豆粒大小就可)，塞緊膠塞。用試管夾夾住試管在酒精燈上稍加熱，白磷即可燃燒，產生濃厚的白煙。反應結束后，將具支試管倒置在水槽中，打開彈簧夾，在內外壓差的作用下冷水就會流入試管中，正好占試管容積的1/5。

另外，還可以取直徑32 mm×200 mm試管一支，用量筒和水測其80 mL和100 mL水面并做好標記。取長條形寬窄、厚薄均勻的金屬片彎成與試管內弧度一致的金屬槽，按相等間隔將其中間部分挖成“門”字形，成為“金屬梯”。“金屬梯”的每一步做成“凹”形，用以放置1小粒白磷。

如圖4所示，可用量筒和水測出空氣中氧氣的實際體積。在“金屬梯”的每一步上放置一顆吸干水后的白磷，伸到試管內，用鐵架臺將試管固定好，試管口下方放置盛水的玻璃水槽。用套有乳膠管的針筒抽取試管內的多余空氣至水位上升到100 mL處，取出乳膠管。用“電吹風”吹熱風加熱試管內下部白磷，或用放大鏡會聚6 V手電筒光于第一步“金屬梯”處的白磷上，可觀察到，白磷像“上樓梯”般依次燃燒，開始時冒白煙。燃燒快停止時在倒置試管的上部出現黃煙，此為空氣里的氧氣快耗盡的現象。待火焰熄滅，試管不發燙時，可用水槽中的冷水澆在試管上，使試管內溫度快速恢復到初始溫度，加快實驗速度。此時可觀察到，試管內水位上升到一定位置后恒定不動，與空氣實際體積相比較后得出氧氣含量。

這個實驗改進后的優點:1)白磷燃燒前不在容器外點燃，避免試管內氣體與外界交換，實驗結果更加準確;2)裝置的氣密性好，減少污染;3)現象直觀明顯，易于觀察;4)儀器簡單，操作方便。

但這個實驗也不適于學生作為探究實驗，因為白磷燃燒時可能引起試管炸裂。如何安全方便地讓學生進行探究實驗呢?筆者將實驗裝置再次改動。

實驗器材:廢棄青霉素小瓶、注射器。

具體操作步驟:將青霉素小瓶灌滿水，然后將水吸到注射器中，這樣青霉素小瓶內空氣的體積就等于注射器中水的體積了;直接將白磷放入小瓶中，放入熱水中，白磷馬上燃燒， 燃燒完畢后將青霉素小瓶放入冷水中降溫;待冷卻后，將注射器針頭插入小瓶中，由于內外壓強差的作用，注射器自動將內部的水壓入青霉素小瓶中，非常接近1/5。

本實驗裝置的優點:1)微型儀器器材造價低、易得;2)實驗時間短，操作簡便易行、安全，減少加熱及伸入廣口瓶等步驟，保證裝置的氣密性，有利于環境保護;3)節約藥品，實驗藥品量只有常規實驗的1/10;4)微型實驗現象較常規實驗明顯;5)便于學生分組實驗。■

(作者單位:河北省遷安市五重安鄉旭陽學校中學部)