測定空氣中氧氣含量的實驗改進

摘 要：本文針對人教版《義務教育課程標準實驗教科書·化學》九年級上冊中“空氣中氧氣含量的測定”這個實驗存在的問題，對該實驗的方法、裝置及藥品提出了改進方法。

關鍵詞：氧氣含量的測定；空氣；實驗改進

“測定空氣里氧氣含量”這個實驗是人教版《義務教育課程標準實驗教科書·化學》九年級上冊中的一個重要實驗。針對這個實驗所存在的問題，筆者在前人研究的基礎上，對該實驗的方法、裝置及藥品進行了改進。

一、教材中的實驗

《義務教育課程標準實驗教科書·化學》九年級上冊中的實驗2-1（如圖1），利用紅磷燃燒消耗集氣瓶里的氧氣，使集氣瓶內的壓強變小，從而使燒杯中的水沿著導管進入集氣瓶，而進入集氣瓶中水的體積約占集氣瓶中原來空氣容積的1/5。

教材中該實驗存在如下問題：第一，紅磷在空氣中點燃后才連同燃燒匙一起放入集氣瓶中，在該過程中紅磷燃燒時生成的白煙（P2O5）擴散到空氣中，一方面污染了環境，不符合綠色化學的理念；另一方面，對教師與學生的身體造成損害。第二，由于燃燒匙（燃燒匙中有正燃燒的紅磷）在伸入集氣瓶的過程中，部分空氣受熱會逸出從而導致實驗誤差太大。第三，白磷或紅磷在集氣瓶中燃燒時會使集氣瓶內的壓強突然增大而使得橡皮塞被彈出來，從而導致實驗失敗。針對教材中這個實驗存在的如上問題，在教學中，我們對這個實驗的方法和實驗裝置進行了改進。

二、改進后的實驗

儀器和藥品：酒精燈、銅絲、燃燒匙、集氣瓶、三孔橡皮塞、導管、乳膠管、彈簧夾、氣球、激光筆（紅光）、白熾燈及燈罩、白磷、紅磷、氫氧化鈉溶液。

第一，裝置的改進。針對紅磷或白磷在集氣瓶中燃燒時瓶內氣壓突然增大橡皮塞容易彈出的問題，筆者在橡皮塞上套一個氣球，以便緩沖氣壓。實驗裝置如圖2所示。

第二，點燃方法的改進。由于在空氣中點燃紅磷容易導致在空氣中產生有害物質五氧化二磷，因此筆者認為可以通過以下方法在密閉體系中點燃紅磷。

方法一：用激光點燃紅磷。實驗藥品采用紅磷，點燃方式選擇用激光（紅光）點燃。實驗過程只要注意激光不要照射到學生即可。而實驗結束后所剩余的紅磷也可以采用激光點燃把紅磷處理掉，這樣能避免實驗結束后采用燃燒方法處理紅磷對環境的污染。

方法二：用白熾燈點燃紅磷或白磷。對于在密閉體系中點燃白磷，不少文獻談到采用凸透鏡聚焦太陽光的方法。然而在實驗室中無法確保能聚焦到太陽光，若是下雨天實驗也會受到限制。因此筆者采用白熾燈和燈罩做成熱源來照射白磷。本實驗為了保證完全消耗瓶中的氧氣，可燃物白磷必須過量，而由于白磷有劇毒，存在處理的問題。因此本實驗的藥品使用白磷和紅磷的混合物，利用白熾燈發光放熱來引燃白磷，再利用白磷燃燒過程所提供得熱量使溫度達到紅磷的著火點而引燃紅磷。

第三，藥品的改進。教材的實驗利用集氣瓶中的水來吸收實驗所產生的白煙五氧化二磷。筆者認為可以把集氣瓶底部的水和燒杯中的水換成氫氧化鈉溶液可以更好地吸收燃燒的產物五氧化二磷。發生的反應如下：

P2O5+2NaOH+H2O=2NaH2PO4

P2O5+4NaOH=2Na2HPO4+H2O

P2O5+6NaOH=2Na3PO4+3H2O

第四，關于如何把實驗的集氣瓶的體積正確地平均分成幾等分。關于如何把該實驗的集氣瓶體積(除了瓶底預先裝入的氫氧化鈉溶液外)平均分成五等分，尚沒有人提出較好的方法。對此筆者認為可以用量筒量取集氣瓶中的水，測量其體積，再把體積平分幾等分即可。具體操作如下：考慮把預先裝入的氫氧化鈉溶液作為一等分，因此集氣瓶體積可以平均分成六等份。操作方法：把集氣瓶裝滿水，塞上橡皮塞，然后，打開橡皮塞，把水倒入量筒中量取水的總體積，再把體積平均除以六即可。此方法簡單可行，可操作性極高。

三、實驗改進后的優點

第一，白磷和紅磷被點燃和燃燒均在集氣瓶被密閉后進行，這樣既能避免實驗過程所產生的五氧化二磷污染空氣，也能避免實驗過程中空氣逸出而導致的實驗誤差。第二，實驗過程中氣球能避免白磷或紅磷燃燒過程氣壓的驟然增大而導致的沖塞現象。第三，能較準確地把集氣瓶的體積平均分成幾等分，實驗誤差較小。

參考文獻：

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