初中實驗室能收集到100%的氧氣？
——DIS探究哪種方法收集的氧氣更純些

張志輝

（常州市朝陽中學江蘇常州213000）

初中實驗室能收集到100%的氧氣？
——DIS探究哪種方法收集的氧氣更純些

張志輝

（常州市朝陽中學江蘇常州213000）

運用DIS數字實驗技術測量制得氧氣含量，得出利用初中常見制取氧氣的方法是不可能收集到100%的氧氣，并分析其中可能原因。

氧氣；制取；濃度；DIS；初中

［問題的提出］

最近參加省初中實驗設計大賽，一位選手講鐵絲與氧氣反應創新實驗設計，多次提到利用雙氧水分解，通過排水法收集到20%、40%、60%、80%、100%的氧氣做實驗，講得非常精彩。

我存在疑惑：初中實驗室制氧氣常見方法兩種：高錳酸鉀熱分解和雙氧水催化分解；收集方法兩種：向上排空氣法和排水法。利用上述方法能收集到100%的氧氣嗎？

我們一般認為氧氣的密度因與空氣的密度相差不大，最好采用排水法收集，真是排水法收集到氧氣濃度更大？因為水蒸氣的存在，排水法是不可能收集到100%的氧氣的。那初中實驗室用哪種方法制氧氣，哪種方法收集氧氣，會使制得的氧氣濃度更大些呢？

［探究目的］

1.雙氧水催化分解和高錳酸鉀熱分解利用同種方法收集氧氣，兩種方法制得的氧氣濃度濃度關系比較；

2.同種方法制得氧氣，排水法和向上排空氣法收集到的氧氣濃度關系比較；

3.對氧氣干燥處理，排空氣法收集到氧氣濃度如何？

［探究儀器及試劑］

［探究思路］

1.用雙氧水催化分解的方法制取氧氣，分別用排水法和向上排空氣法收集氧氣，測氧氣濃度。

2.高錳酸鉀熱分解制氧氣，用向上排空氣收集。

3.用雙氧水催化分解的方法制取氧氣，將氧氣通過濃硫酸后收集，測氧氣濃度。

［探究方案］

1.用雙氧水催化分解的方法制氧氣，用排水法收集滿3瓶氧氣如圖1。

2.按照裝置圖組裝實驗裝置，用數據線連接計算機、數據采集器、氧氣傳感器、如圖2所示。

圖1

圖2

3.打開DISLabV6.0實驗軟件系統，點擊“通用軟件”，系統自動識別所接入的傳感器，并顯示當前空氣中氧氣含量值如圖3，數據記錄在表1中。

圖3

4.將氧氣傳感器分別插入3個集滿氧氣的集氣瓶中，測各集氣瓶中氧氣含量值，記錄數值于表1。

5.將步驟1中的收集方法改用向上排空氣法收集滿3瓶氧氣（驗滿方法：以能使集氣瓶口帶火星的木條復燃后再收集30s[1]），重復上述步驟4。

6.用高錳酸鉀熱分解按步驟5方法收集滿3瓶氧氣，重復上述步驟4。

7.用雙氧水催化分解的方法制氧氣，將制得的氧氣通過濃硫酸后按步驟5方法操作。

［現象記錄］

［數據分析］

1.測得空氣中氧氣含量為19.6%，沒有達到我們平常所講的21%左右，這可能與所使用傳感器的準確度有關，本實驗使用的是同一氧氣傳感器，系統誤差相同，不影響數據比較。

表1 （空氣中氧氣含量：19.6%）

2.通過表1數據我們可以發現：

（1）雙氧水催化分解制氧氣，氧氣不經過干燥，則兩種收集方法收集到氧氣濃度差不多，向上排空氣法收集到氧氣含量略大（大0.9%）；

（2）高錳酸鉀分解制氧氣，氧氣不經過干燥，向上排空氣法收集到的氧氣比雙氧水催化分解制氧氣向上排空氣法收集到氧氣含量大（大2.8%）；

（3）氧氣經過干燥，向上排空氣法收集到的氧氣含量比不經過干燥收集到氧氣含量大得多（分別大8.3%、5.5%）。

［解釋及建議］

1.因氧氣的密度與空氣相差不大和空氣對流等因素，排空氣法收集到氧氣與空氣不可能完全分開。若氣體與空氣密度相差越大，收集到氣體含量會相對大一些。排水法收集，因為水蒸氣存在，所以也不可能收集到很純的氧氣。對于氧氣而言，也并不是像我們平常所說的排水法比向上排空氣法好，而是兩種收集方法都可以，收集到的氧氣含量差不多。

2.同樣是用向上排空氣法收集氧氣，用高錳酸鉀比用雙氧水制取的氧氣濃度大些，這可能是與水蒸氣含量有關，雙氧水制得氧氣水蒸氣含量高。

3.做鐵絲（鐵絲為一般鐵絲，直徑1mm）燃燒實驗時，用高錳酸鉀制得氧氣要比雙氧水制得氧氣成功率高些，這可能與氧氣含量和水蒸氣含量有關。但若用干燥后收集的氧氣實驗就一定會成功。

綜上實驗分析，利用初中制取氧氣的方法在實驗室是不能收集到100%的氧氣的。

[1]宋時雨.使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究[J].化學教學，2001，（8）

[2]譚祥中，涂紅梅.鐵絲在氧氣中燃燒實驗的改進[J].化學教學，2008，（12）

七、實驗反思

該實驗操作簡單，節約環保，時間較短，實驗現象直觀有趣。為了增強視覺效果和趣味性，還可以將小圓點換成其它簡單圖案，比如各種幾何形狀、花邊修飾等等。為了取得最佳實驗效果，在實驗過程中還應注意以下幾點：

1.應使用新制濃氨水。如果氨水放置時間太久或濃度太小，會使實驗耗時延長，變紅現象不夠明顯。

2.如果用膠頭滴管吸取濃氨水，可能會因為液滴太大，滴到濾紙上時會向四周浸潤，難以形成規則的圓形，或操作者預先設計的圖案，所以用玻璃棒沾取比較容易操作。

3.實驗時試管水平放置，推動注射器活塞的速度不宜太快，以免濃氨水來不及被棉花吸收就沿著試管內壁流下，接觸到濾紙上的無色酚酞，使實驗結論缺乏說服力。

4.放置在試管中的濾紙最好距離棉花1厘米左右。如果太近，當濃氨水浸潤棉花時，可能會接觸到濾紙；太遠，會延長實驗時間。

5.在使用無色酚酞的過程中避免手接觸到酚酞溶液，否則會使少量酚酞轉移到棉花團上，使實驗中出現棉花變紅的現象。

1008-0546（2013）12-0092-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.037