空氣中氧氣體積含量測定實驗的新設計

2016-03-16 16:09:24楊國萍齊俊林

化學教學 2016年3期

楊國萍齊俊林

摘要：現行九年級化學教材中測定空氣中氧氣含量的實驗方法誤差較大且污染空氣，教學效果很不理想。為此，利用玻璃瓶、燃燒匙、粗銅絲、蠟燭和燒杯等器材，通過精心設計、巧妙組合，制成了簡單易行的“空氣中氧氣體積含量測定實驗裝置”，不僅使教材中原實驗方法存在的問題迎刃而解，而且培養了學生的綜合實驗能力以及創新精神，增強了學生的環保意識。

關鍵詞：氧氣含量；測定實驗；裝置改進；實驗設計；環保意識

文章編號：1005–6629（2016）3–0057–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

在現行九年級化學教材中，無論是人教版[1]，還是滬教版[2]有關測定空氣里氧氣含量的實驗方法都是相同的（如圖1所示）。此種方法盡管簡單、易于操作，但也存在著不妥之處。其一，點燃的紅磷放置到集氣瓶的過程中，無論動作多么迅速，都不可避免地使瓶內的空氣受熱膨脹而外逸，最終造成測定空氣中氧氣含量偏大；其二，由于燃燒時瓶內壓強過大，向外頂出橡膠塞，造成密封不嚴，導致漏氣現象發生，致使測定空氣中氧氣含量偏小；其三，若橡膠塞塞得很緊，以保障實驗過程不漏氣，則燃燒時瓶內壓強瞬間增大，玻璃瓶容易爆裂，造成實驗失敗或危及師生安全；其四，紅磷在瓶外點燃時，生成的五氧化二磷（白煙），造成室內粉塵污染，影響師生健康。近年來，一些教師進行了大膽改進，共同目的都是試圖通過改變在瓶外點燃紅磷為瓶內點燃，以解決測定不準確和五氧化二磷的污染問題，但仍然存在這樣或那樣的問題。有的實驗[3]通過凸透鏡照射瓶內白磷致其燃燒，受外界條件（如天氣）的影響較大，更不適合在室內進行實驗（如圖2所示）；有的實驗[4]加熱紅磷的方法很難實現（如圖3所示），這是因為一般的鐵片在電磁爐上很難形成渦流而被加熱；有的實驗[5]在瓶外加熱玻璃棒后再伸進瓶內點燃白磷（如圖4所示），熾熱的玻璃棒在伸進瓶內的過程中仍然可使瓶內氣體受熱膨脹且通過瓶口外逸，造成實驗誤差，導致氧氣含量過大；還有的實驗[6]水浴加熱錐形瓶內的白磷以實現將其點燃之目的（如圖5所示），此法雖然可以點燃白磷，但作者沒有考慮錐形瓶塞緊膠塞時，加熱錐形瓶以及白磷燃燒時因瓶內氣體瞬間膨脹而帶來的后果。以上列舉的實驗改進實例盡管沒有在瓶外空氣中點燃磷及其插入瓶內的過程，解決了磷在瓶外點燃造成空氣粉塵污染問題，但忽視了加熱磷或磷燃燒時會使密封在瓶體內的氣體瞬間膨脹，導致瓶塞被頂出或瓶體炸裂，從而導致測量氧氣的含量低或帶來安全隱患。究其原因，主要加熱磷和磷燃燒是在一個密閉的剛性容器中進行的，容器本身不能自行調節內部壓強的變化。為此，我們對該實驗進行了認真研究，利用玻璃瓶、燃燒匙、粗銅絲、蠟燭等材料，設計出了較為理想的實驗方法，很好地解決了實驗中測定不準、污染空氣、安全性差、受外界條件影響較大等諸多問題。

玻璃瓶（瓶口內徑：4.3cm；外徑：5cm；瓶高：25cm）1個、粗銅絲（直徑約1.4mm，20cm長）、粗鐵絲（10cm）、蠟燭（2cm）1段、燃燒匙1個、10號橡膠塞1個、鐵鉗1把、火柴1盒、燒杯（5000mL）1個、小刀1把、玻璃片1塊、紅色膠帶若干

白磷、紅磷、冷水、高錳酸鉀晶體、凡士林

2.1 加工玻璃瓶

取1個玻璃瓶，用玻璃打孔器在底部的中央位置打1個直徑3cm的透孔（如圖6所示）。將瓶子的體積分成6等份，然后沾上紅色膠帶條作為標記（如圖7所示）。

2.2 制作蠟燭支座

取1根粗鐵絲，用鐵鉗彎成一個蠟燭支座（如圖8所示）。

2.3 導熱銅絲加工

取1根粗銅絲，用鐵鉗彎成一端螺旋狀的直角導熱銅絲（如圖9所示）。

2.4 橡膠塞的組裝

取1個10號橡膠塞，在其中央位置插入導熱銅絲，在導熱銅絲的一側穿過橡膠塞插入燃燒匙的鐵柄，然后將鐵柄上端彎成直角，在橡膠塞上下的燃燒匙的鐵柄上涂上凡士林；橡膠塞大頭端的下方橫插蠟燭支座；調整導熱銅絲和蠟燭支座，使導熱銅絲螺旋狀部分與蠟燭支座上下對齊；調整上下燃燒匙，使導熱銅絲的下端正好在燃燒匙的勺子里（如圖10所示）。