“測定空氣中氧氣含量”的實(shí)驗(yàn)及常見改進(jìn)方案對(duì)比

內(nèi)容摘要：人教版九年級(jí)化學(xué)第27頁實(shí)驗(yàn)2-1，空氣中氧氣的含量的測定是初中學(xué)生進(jìn)入化學(xué)以來第一個(gè)重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，課本上是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，很多學(xué)校都會(huì)拿來做一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)來處理，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和培養(yǎng)探究化學(xué)知識(shí)的能力。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)有很多關(guān)鍵操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)成敗的影響很大。在很多資料和文章中有很多對(duì)空氣中氧氣含量的測定的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，各有優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：氧氣含量 測定實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)方案

人教版九年級(jí)化學(xué)第27頁實(shí)驗(yàn)2-1，空氣中氧氣的含量的測定是初中學(xué)生進(jìn)入化學(xué)以來第一個(gè)重要的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，課本上是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)，很多學(xué)校都會(huì)拿來做一個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)來處理，來激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和培養(yǎng)探究化學(xué)知識(shí)的能力。但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)有很多關(guān)鍵操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)成敗的影響很大。在很多資料和文章中有很多對(duì)空氣中氧氣含量的測定的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，各有優(yōu)勢。

一、新舊教材中的實(shí)驗(yàn)對(duì)比

（1）2004年新課改前教材中的實(shí)驗(yàn)。將鐘罩放入盛有水的水槽中，記錄鐘罩內(nèi)水面的位置，以水面為基準(zhǔn)線，將鐘罩水面以上容積分成五等分，在燃燒匙內(nèi)盛過量紅磷，用酒精燈點(diǎn)燃后，立即插入鐘罩內(nèi)并塞緊橡皮塞，觀察紅磷燃燒和水面變化的情況。優(yōu)點(diǎn)：該實(shí)驗(yàn)最大的優(yōu)點(diǎn)是操作簡便，容易控制裝置的氣密性，可以明顯觀察到鐘罩中水位不斷上升。缺點(diǎn)：該實(shí)驗(yàn)也存在了不少的問題：①鐘罩容積大，空氣多，消耗的紅磷的質(zhì)量大，沒有體現(xiàn)綠色化學(xué)的理念。②紅磷使用量較多，燃燒的時(shí)間過長，產(chǎn)生的熱量過多，等待實(shí)驗(yàn)結(jié)束的時(shí)間長。③整個(gè)實(shí)驗(yàn)不在密閉的容器中進(jìn)行，先把紅磷燃燒再伸入鐘罩內(nèi)，會(huì)導(dǎo)致紅磷在伸入鐘罩內(nèi)前，產(chǎn)生的大量的五氧化二磷污染空氣。在伸入鐘罩內(nèi)的過程中，鐘罩內(nèi)空氣受熱逸出，導(dǎo)致存在系統(tǒng)誤差。④）鐘罩、水槽和水都是無色的，不便觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以在水中滴加幾滴紅墨水。⑤鐘罩水面以上的容積刻度的劃分不是很方便，一邊采用注水的方法來確定刻度，因?yàn)槿莘e大，標(biāo)刻度和觀察水位時(shí)都存在一些誤差。⑥鐘罩和水槽等裝置體積大，需求的水的質(zhì)量大，攜帶不方便。

（2）現(xiàn)人教版中的實(shí)驗(yàn)。在集氣瓶內(nèi)加入少量水，并將水面上方空間分為5等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞緊，觀察紅磷燃燒的現(xiàn)象。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及水面的變化情況。優(yōu)點(diǎn)：該實(shí)驗(yàn)相對(duì)課改前的實(shí)驗(yàn)有了很大的改進(jìn)，裝置小了些，攜帶也方便了很多，集氣瓶的容積小，消耗的紅磷比較少，體現(xiàn)了現(xiàn)行的綠色化學(xué)理念。燃燒結(jié)束后冷卻的時(shí)間較短，節(jié)約了時(shí)間，不管作為演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生實(shí)驗(yàn)都有很好的可行性。缺點(diǎn)：雖然相對(duì)與課改前的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一些改進(jìn)，但一些問題還是沒有解決，對(duì)實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性有很大的影響。①對(duì)實(shí)驗(yàn)的氣密性要求很高。②整個(gè)實(shí)驗(yàn)不再密閉容器內(nèi)進(jìn)行，先用酒精燈燃燒紅磷，導(dǎo)致產(chǎn)生的五氧化二磷污染空氣，再伸入瓶內(nèi)時(shí)，有空氣受熱逸出，導(dǎo)致了實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大。③實(shí)驗(yàn)中集氣瓶、導(dǎo)管和水都是無色的，不便觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，需加入幾滴紅墨水。④實(shí)驗(yàn)過程中，導(dǎo)管中會(huì)存在有少量的水，會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)偏低。

二、一些改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方案的對(duì)比

（1）針對(duì)課改前的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)將玻璃管放入盛有水的燒杯中，記錄玻璃管內(nèi)水面的位置，以水面為基準(zhǔn)線，將玻璃管水面以上容積分成五等分，把粗銅絲一端加工成小勺，盛滿足量的白磷，另一端擰成螺旋狀，塞好瓶塞，加入銅絲，觀察白磷燃燒和水面變化的情況。該方案針對(duì)于課改前的實(shí)驗(yàn)的一些問題進(jìn)行了一些改進(jìn)，①用玻璃管代替鐘罩，白磷的用量要少得多，節(jié)約了資源。②整個(gè)實(shí)驗(yàn)在密閉容器中進(jìn)行，減少了污染和空氣的逸出導(dǎo)致的誤差。

該方案也存在了一點(diǎn)問題，①采用了加熱粗銅絲的辦法來引燃白磷，因?yàn)榇帚~絲在加熱的過程中會(huì)散熱，導(dǎo)致引燃白磷的時(shí)間較長。②白磷有劇毒，并在南方地區(qū)，氣溫較高，取用白磷時(shí)有一定的危險(xiǎn)性。

（2）針對(duì)現(xiàn)教材中的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。在集氣瓶內(nèi)空間分為5等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。用放大鏡引燃紅磷或用水浴加熱的方法引燃白磷后，觀察燃燒的現(xiàn)象。待紅磷或白磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及水面的變化情況。

這兩個(gè)方案有異曲同工之妙，在現(xiàn)行人教版教材的實(shí)驗(yàn)上做了稍微的改進(jìn)，解決了整個(gè)實(shí)驗(yàn)都能在密閉容器中進(jìn)行的問題，防止了生成的五氧化二磷污染空氣，又減少了伸入瓶內(nèi)空氣受熱逸出導(dǎo)致的誤差。

這兩個(gè)方案也有一點(diǎn)點(diǎn)遺憾：①對(duì)裝置的氣密性要求很高，需要檢查氣密性。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，導(dǎo)管中會(huì)殘留有一些液體，導(dǎo)致測定的結(jié)果會(huì)偏低。②前者需要放大鏡聚光，而著火點(diǎn)很高，因此實(shí)驗(yàn)室或課室里光線要強(qiáng)，否則實(shí)驗(yàn)難以成功。后者使用到了白磷，白磷有劇毒，且著火點(diǎn)很低，容易發(fā)生火災(zāi)，有很大的危險(xiǎn)性。

（3）比較理想的改進(jìn)方案。圖1的實(shí)驗(yàn)方案中，取有刻度的玻璃管，一端用軟木塞塞進(jìn)，另一端塞如活塞，推動(dòng)活塞，檢查氣密性，再放入白磷，用沸水加熱白磷，觀察現(xiàn)象和測定結(jié)果。圖2的實(shí)驗(yàn)方案中，取一個(gè)小玻璃管，注水測定容積，兩端連接好注射器，固定一端，推動(dòng)另一端，檢查氣密性，再放入擰成螺旋狀的銅絲放入玻璃管內(nèi)，加熱，邊加熱邊交替推動(dòng)兩端的玻璃管，冷卻后把其中一只注射器中的氣體完全推到另一只注射器中，觀察測定結(jié)果。

這兩個(gè)方案與以上3個(gè)方案都有共同的優(yōu)點(diǎn)是整個(gè)實(shí)驗(yàn)都在密閉容器中進(jìn)行，減少了污染的同時(shí)，也減少了誤差。這兩個(gè)方案還有更理想地改進(jìn)：①都用到了有刻度的儀器，比人為做的標(biāo)記要準(zhǔn)確，那么測定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確。②這兩套裝置的氣密性檢查比較簡便，只需推動(dòng)活塞，觀察是否能回到原刻度即可。

圖1中方案和圖2中方案對(duì)比，①圖1中使用了白磷，而圖2中使用無毒的銅絲代替了有毒的白磷，使實(shí)驗(yàn)更加安全，使用的銅絲可以通過酸清洗后再次使用。②圖2中方案使用了2只注射器，在實(shí)驗(yàn)過程中交替推動(dòng)注射器，可以使容器內(nèi)的空氣完全反應(yīng)掉，防止氧氣沒有反應(yīng)充分。因此圖2方案更理想，更加符合當(dāng)前的綠色化學(xué)理念。

總之，在實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)中，我們需要考慮到學(xué)生的實(shí)際情況，關(guān)注實(shí)驗(yàn)的可操作性，安全性，資源的使用和是否對(duì)環(huán)境有影響。

《參考文獻(xiàn)》

（1）朱華英、劉懷樂等著《對(duì)空氣中氧氣含量測定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)》2005年Z1期《化學(xué)教學(xué)》

（2）農(nóng)恒東著《測定空氣中氧氣含量的兩個(gè)常規(guī)實(shí)驗(yàn)和幾個(gè)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)》

（3）秦翔著《空氣中氧氣含量測定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)》 2014年《第五屆中國教育技術(shù)裝備論壇獲獎(jiǎng)?wù)撐募ㄏ拢?/p>

（4）楊勝武著《“空氣中氧氣含量測定”實(shí)驗(yàn)改進(jìn)》2015年02期《中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考》