分析“測氧”原理激活創新思維

□郭忠輝　葉立華

分析“測氧”原理激活創新思維

□郭忠輝葉立華

教材中關于“空氣中氧氣含量的測定”實驗的原理是利用紅磷燃燒消耗密閉容器中的氧氣，使密閉容器內壓強減小，在大氣壓的作用下，讓水進入容器，測定進入容器內水的體積，即為空氣中氧氣的體積.該實驗要求：（1）可燃物只與空氣中的氧氣反應，且要過量，如紅磷、白磷、銅等；（2）產物一般不能有氣體產生，假如將紅磷換成硫或木炭，由于生成的是二氧化硫或二氧化碳氣體，會導致密閉容器中氣體壓強變化不明顯，影響實驗結論；（3）裝置不漏氣，否則看不到水進入或水進入過少；（4）點燃紅磷后要立即伸入集氣瓶中，并塞緊瓶塞，防止紅磷燃燒放出熱量使部分空氣受熱逸出而導致進入水的體積大于

（5）待紅磷熄滅并冷卻后，再打開彈簧夾，防止溫度偏高時，氣體體積膨脹，使進入集氣瓶內的水的體積減少，從而造成實驗結果偏小.

根據課本中“空氣中氧氣含量的測定”實驗的原理，我們還可以設計出很多“測氧”裝置，例如下圖1的這些裝置：

圖1

以上這些裝置的操作方法各不相同，但是基本原理都是相同的，同學們還可以設計更多的實驗方案來測定空氣中氧氣的含量.

例1（武漢市）某化學興趣小組的同學在老師的指導下，正確完成如圖2所示的兩個實驗.已知所用實驗裝置氣密性良好.

圖2

關于該實驗，有如下說法：①紅磷熄滅并冷卻后才能打開彈簧夾；②點燃酒精燈加入銅絲，可觀察到銅絲由紅色變成黑色；③停止加熱后即可讀出注射器內氣體的體積約為24m L；④實驗取用銅絲質量的多少不會影響實驗結果；⑤兩個實驗均能證明空氣是混合物；⑥兩個實驗均能證明空氣中約含體積的氧氣.其中正確說法的個數有（）.

A.2個B.3個

C.4個D.5個

解析：分析兩個實驗的實驗原理：都是通過可燃物（紅磷或銅絲）在密閉容器里的空氣中燃燒，消耗了氧氣，壓強減小，通過密閉容器里的空氣的減少來測定空氣中氧氣的體積分數.為了全部消耗掉氧氣，紅磷和銅絲的量必須是足量的；氣體的體積容易受溫度的影響，讀數時必須等到裝置冷卻至室溫再讀，所以說法③和④都是錯誤的.

答案：C

點評：空氣中氧氣含量的測定方法各異，但其原理基本上是一致的，即利用可燃物與密閉容器內空氣中的氧氣反應，耗盡其中的氧氣，且生成物為固體，使容器內氣體的壓強小于外界大氣壓，于是水（或其他液體）進入容器內的體積約為消耗的氧氣的體積，從而得出結論.但實驗時，都應注意可燃物必須過量（或足量）；裝置氣密性良好；燃燒完畢，必須等裝置冷卻至室溫后，才能打開彈簧夾等.

例2（煙臺市）實驗是科學探究的重要方法.如圖3是測定空氣中氧氣含量實驗的兩套裝置圖，請結合圖示回答有關問題.

圖3

（1）根據下表提供的實驗數據，完成下表：

硬質玻璃管中空氣的體積2 5 m L反應前注射器中空氣體積1 5 m L反應后注射器中氣體體積9 m L實驗測得空氣中氧氣的體積分數

（2）裝置甲和裝置乙中氣球的位置不同，____（填“裝置甲”或“裝置乙”）更合理，理由是_______.

（3）若實驗測得的結果偏小（氧氣的體積分數小于21%），可能的原因有哪些？（列舉兩條）__________；__________.

解析：該題是用銅粉測定氧氣在空氣中的體積分數，屬于實驗方法和過程的探究.

（1）注射器內氣體減少的量就是氧氣的體積，則實驗測得空氣中氧氣的體積分數為：

（2）裝置乙與裝置甲比較，裝置乙中的氣球在玻璃管的后部，更易讓空氣流通，氧氣與銅能充分反應.

（3）在測定空氣中氧氣的體積分數時，實驗后發現測定氧氣的體積分數低于五分之一，可能的原因有：①銅粉的量可能不足，沒有將氧氣消耗盡；②裝置可能漏氣；③實驗中可能未等裝置冷卻至室溫就讀數等.

答案：（1）15%（2）裝置乙能讓空氣更易流通，全部通過銅粉，使氧氣與銅粉充分反應（3）銅粉的量不足未待裝置完全冷卻至室溫就讀數（其他合理答案也可）

點評：根據課本中“空氣中氧氣含量的測定”實驗的原理，我們可以設計很多“測氧”裝置，這些裝置經過改進后往往更具有趣味性、簡約性、綠色化等優點，測量結果也更準確.解決這類創新型實驗的關鍵是要依據“測氧”原理，明確這些裝置的特點及操作方法，遇到具體問題具體分析，達到解決問題的目的.