測定空氣中氧氣含量實驗的改進

劉魏毅 劉潤澤

一、問題的提出

人民教育出版社、課程教材研究所和化學課程教材研究開發中心編著的義務教育教科書化學九年級上冊第27頁實驗2-1中提到，在集氣瓶中加入少量水，并將水面上方空間分成5等份，如圖1所示。用彈簧夾夾住乳膠管，點燃紅磷，伸入瓶中并塞上瓶塞，待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察廣口瓶內水面變化情況。

利用該裝置按照教科書上所描述的步驟操作，實驗結果偏小，表現為水進入瓶中的體積不到1/5。

二、教科書實驗設計缺陷分析

教科書中介紹的實驗主要存在以下幾個缺陷。

1.易漏氣

裝置氣密性難以把控，導致集氣瓶外的空氣進入集氣瓶；導管中沒有注滿水，當紅磷燃燒并冷卻后，進入的水會部分殘留在導管中，導致實驗結果出現誤差。

2.說服力弱

在點燃紅磷伸入廣口瓶內、塞緊瓶塞之前的過程中，空氣受熱膨脹，從導管逸出，使容器產生負壓，瓶外的空氣也有可能進入瓶中。氣體有進有出，兩者體積是否相等不得而知，因此進入廣口瓶的水面高度沒有說服力。

3.誤差太大

廣口瓶沒有刻度，肉眼不容易判斷水的體積是否為1/5；按照教材中的說明進行操作，水都達不到1/5體積。紅磷在燃燒時，即使過量也不能完全耗盡裝置內的氧氣，測量結果會偏小。

筆者用氧氣傳感器多次實測磷燃燒后殘余的氧氣量，當紅磷燃燒熄滅直至冷卻后，裝置中的氧氣含量為6.2%至7.8%，白磷燃燒后裝置中殘余氧的含量為2.2%至2.9%，多次實驗結果基本一致。

三、改進方法

方案一

取黃豆大小的白磷放入大試管，立即塞緊橡皮塞，用酒精燈加熱至白磷燃燒，冷卻后將試管倒插在水中，拔去塞子，水立即進入試管。在水中塞緊塞子后把試管拿出水面，測出水的體積，恰好占試管體積的1/5。也可將白磷放入100ml的注射器，按圖2所示操作。

方案二

用焦性沒食子酸的堿性溶液吸收測定空氣中的氧氣含量。稱取30g氫氧化鉀或氫氧化鈉于250ml燒杯中，加160ml蒸餾水溶解，取焦性沒食子酸30g加入上述溶液，攪拌溶解。加5ml該液體于大試管中，塞緊橡皮塞，將試管倒插在水中，拔去塞子，水立即進入試管，再在水中塞緊塞子后把試管拿出水面，用量筒測出水的體積，恰好占試管體積的1/5。