傳統的氧氣含量測量實驗,有不可忽視的弊端,造成實驗結果的不準確。測氧有沒有“新招”,能夠避免這種低級誤差呢?我對此實驗做了一些創新和改進。
一、傳統氧氣含量測定實驗的不足之處
1.實驗原理:在密閉容器中,通過化學反應消耗空氣中的氧氣,使得容器內壓強減小。利用容器內外的壓強差壓入水,以進入裝置中水的體積來確定空氣中氧氣的體積分數。
2.注意事項:
實驗必須確保,選用的藥品能在空氣中與其中的氧氣發生反應,同時不消耗空氣中的其他成分。反應后不生成其他占據體積的氣體。
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和紅磷均滿足以上要求。
3.實驗弊端:
教材的原實驗中,伸入燒杯中的導管只能起到吸水的作用,不能排除受熱膨脹的氣體。
在瓶中的空氣急劇膨脹的時候,壓強隨之升高,極有可能將橡皮塞沖開,也有可能導致反應容器的炸裂,極其危險。
再者,因操作中時間把握不準,開關被提前打開,氣體少量外泄(導管末端冒泡泡)而出現數據不準的現象。
二、空氣中氧氣含量測定實驗大改進
1.實驗創新點:
原實驗中導管上的氣體開關被取消,以便受熱膨脹的氣體能夠及時逸出,并暫時儲存在導管末端的氣體儲存緩沖裝置中,待實驗儀器冷卻后又回到反應容器中。
這樣,既能防止氣體外泄,又能緩沖熱氣體對反應容器的壓力,避免沖掉橡皮塞或瓶身炸裂的可能,也省去了打開或關閉開關的麻煩,不用擔心時間把握不準了。
2.實驗器材:
大號試劑瓶(反應容器)、橡皮塞、中號圓底短頸燒瓶(底部打孔)、燃燒匙、紅磷、導管。
3.實驗步驟:
A.準備實驗器材。
B.連接儀器:將打孔的圓底燒瓶與橡皮塞、導管連接,將反應容器與大號橡皮塞、燃燒匙、導管等連接好并檢查裝置的氣密性。
C.將打孔的圓底燒瓶完全浸入大燒杯的水中,并確保燒瓶口與橡皮塞連接處沒有氣泡。
D.取出反應容器上的橡皮塞,向固定在橡皮塞上的燃燒匙中裝入過量的紅磷,在酒精燈上加熱紅磷并使紅磷燃燒,迅速將橡皮塞塞入瓶口并塞緊,防止漏氣。
E.紅磷燃燒時,導管末端的燒瓶中出現大的氣泡(這是反應容器中受熱膨脹的空氣),燒瓶中的水部分被排出。
接著,燒瓶中的氣體慢慢變少,水面不斷上升,直至進入導管、反應容器。
F.反應容器開始進水,開始速度較快,之后越來越慢,到接近瓶身高度約1/5的位置時停止。
4.實驗效果:
實驗開始后不久(紅磷還沒有燃燒完),導管中的水開始進入反應容器中(進入反應容器的導管應該與燃燒匙一樣長,避免水進入的時候會將燃燒著的紅磷熄滅)。
實驗中,一邊是燃燒著的紅磷冒出滾滾白煙,一邊是汩汩流入的水,最后氧氣耗盡,紅磷不再燃燒,水不再進入,水的高度接近反應容器(瓶身)的約1/5。
合理安全地改進“空氣中氧氣含量測定”實驗,看清弊端的緣由所在,使實驗中潛在的安全隱患不再,實驗結果也更趨于精確。
實驗成敗只小細節之差,“新招”的奧秘也在于此。