空氣中氧氣體積分數的測定改進實驗

空氣中氧氣體積分數的測定實驗安排在滬教版教材第13頁，在實驗中只有應用科學實驗的方法，尊重事實，大膽質疑，不放過任何一個細節，才能得出正確結論。所以，該實驗對發展學生科學素養，培養嚴謹、求實、科學的探究精神具有不可替代的作用。

教材中采用的是如圖1所示的裝置進行實驗，在平時教學實驗中水面往往上升不到1/5，我認為是因為存在以下不足：

圖1

1.藥品選擇紅磷不好。資料表明：分別用過量的紅磷和白磷進行該實驗，用測氧氣濃度的傳感器測得反應后裝置內氧氣濃度分別為8.85%和3.21%，低于這個濃度熄滅，高于這個濃度能繼續燃燒，所以用紅磷誤差較大。

2.裝置中導管處空氣對實驗會造成影響，為了追求實驗的準確性，需事先將導管處裝滿水，但顯然操作起來麻煩。

3.原裝置采用酒精燈點燃紅磷的方式，一來耗時，二來把燃燒的紅磷插入集氣瓶時，會有一部分熱空氣外逸，這樣就失去了實驗的真實性和科學性。

4.裝置的氣密性不好把控，可漏氣的地方很多，該裝置必須等紅磷熄滅且裝置冷卻后才可以打開彈簧夾，需要時間過長，一旦裝置氣密性略有不好，即會導致實驗失敗。

5.該實驗裝置對于學生來說，無法直觀呈現空氣體積變化的全過程。

基于此，我對本實驗進行了改進。改進后的實驗如下：

一、實驗儀器及試劑

一支100 mL醫用玻璃注射器、兩個100 mL燒杯、鑷子、濾紙、剪刀、空易拉罐、橡膠塞、白磷、開水、冷水。

二、實驗儀器裝置圖及組裝說明

圖2

1.用剪刀從易拉罐上剪一小圓片，放在注射器底部，防止白磷燃燒過程中使注射器局部過熱而破裂，同時防止白磷燃燒后的殘渣粘在注射器內壁不易清洗。

2.用一小橡膠塞將注射器下端密封。

三、實驗操作部分

1.推拉活塞，通過活塞的變化情況，檢查裝置氣密性。

2.取下密封橡膠塞和注射器活塞，放入剪好的易拉罐小圓片，用鑷子取適量白磷用濾紙吸干后放在注射器內的小圓片上，裝上活塞，推到100 mL（也可選擇其他便于計算的刻度）刻度處，塞入密封橡膠塞。

3.向燒杯中注入約80 mL開水，將注射器垂直插入開水中使白磷在水面以下，用手輕壓活塞，防止注射器內氣體體積膨脹，使活塞彈出，待白磷燃燒后，將注射器取出觀察。

4.將注射器插入裝有冷水的燒杯中，冷卻到室溫時，讀出注射器中氣體的體積，并計算出氧氣的體積和體積分數。

5.清理儀器：取下密封橡膠塞，吸入清水，反復沖洗。

四、裝置改進的意義

1.實驗操作更簡單，可以測100 mL任意溫度下的空氣中氧氣的體積分數，氣密性好，現象更明顯（白磷燃燒時產生大量白煙，注射器內空氣膨脹；冷卻后氣體減少約五分之一，產生白色固體）。

2.白磷在密封體系中燃燒，實驗不污染環境。

3.實驗用時較短，成功率較高，有利于結合實驗現象分析問題，總結結論。