關于《空氣中氧氣體積分數的測定》演示實驗創新設計

摘 要：滬教版九年級化學第一章設置了空氣中氧氣體積分數的測定實驗，該實驗存在選擇器材困難、裝置容易漏氣、實驗耗時較長、造成環境污染等不足，為此特設計一套替代實驗裝置，既可有效完成實驗，也能避免前述不足。

關鍵詞：空氣中氧氣體積分數的測定；演示實驗；不足；改進

一、 原實驗說明

滬教版九年級化學第一章設置了空氣中氧氣體積分數的測定實驗，這是初中化學的一個重要演示實驗。該實驗裝置的原理是將紅磷放在集氣瓶中和氧氣一起燃燒生成固體物質（P2O5），而不產生氣體物質。反應完畢，待裝置冷卻到室溫后，利用集氣瓶內外壓強差使燒杯中的水通過導管進入集氣瓶，最終進入到集氣瓶內水的體積（V1）與集氣瓶的容積（V2）之比就是空氣中氧氣的體積含量。

（一） 該實驗的好處

在該實驗中，學生既能直接體會到儀器的連接情況，還能有效利物理中的氣壓知識和數學中的等量知識確定，進入集氣瓶的水的體積就是集氣瓶中被消耗的氧氣的體積。

（二） 該實驗的不足

1. 選擇器材困難。做此實驗室時，用到的主要器材是燃燒勺、橡皮塞、導管、集氣瓶等。我們在利用這些儀器組裝做實驗時，橡皮塞與集氣瓶的連接就非常困難。通常實驗室中的集氣瓶有60mL、125mL和250mL幾種類型，而橡皮塞是0-10號規格的橡皮塞，連接時很難找到口徑相匹配的集氣瓶和橡皮塞。

2. 裝置容易漏氣。在本實驗中，所涉及的器材之間的連接較多（如橡皮塞與集氣瓶瓶口的連接、導氣管與橡皮塞的連接、燃燒勺與橡皮塞的連接等）。如果連接不緊密，就會導致裝置漏氣，出現實驗誤差。同時，在紅磷燃燒時，如瓶內空氣體積膨脹產生的壓力也會使瓶塞沖出，導致實驗失敗。

3. 實驗耗時太長。實驗時，由于集氣瓶容積大，含氧多，消耗的紅磷量大，燃燒產生的熱量多，集氣瓶冷卻到室溫時需要較長時間。

4. 會造成環境污染。利用該裝置做實驗，我們只能在集氣瓶外把紅磷引燃后，再放入到集氣瓶中進行實驗。紅磷在瓶外燃燒時，產生的有害物質

（P2O5）散失到空氣中，會造成環境污染。

二、 原實驗的創新及意義

原實驗在裝置設計上，有些因素會導致實驗誤差，為解決這個問題，特設計一套裝置取代原實驗裝置，它更適合教師進行演示實驗。整個裝置更簡單，更便于操控，實驗效果更好，耗時更短。

（一） 所需實驗器材

具支試管（甲）和普通試管（乙）各一支、單孔橡皮塞、玻璃管、乳膠管、小夾子2個、帶鐵夾的鐵架臺、燒杯（250mL）、火柴、酒精燈、小風扇、火柴、鑷子、小氣球、白磷、CuSO4溶液、吸水紙（可用濾紙代替）、火柴、清潔紙、污物杯。

（二） 實驗儀器裝置圖

（三） 實驗操作

1. 在具支試管的小支管上套上小氣球，塞緊帶導管的塞子，用小夾子夾緊小氣球，檢查裝置氣密性。

2. 取下第1步中帶導管的塞子，塞緊普通試管，檢查裝置氣密性。并固定在鐵架臺上，用酒精燈稍加熱試管，運用壓強原理在導管中注滿CuSO4溶液，用夾子夾緊乳膠管。取下塞子和試管。

3. 做好具支試管容積5等分標記，打開氣球上的夾子，取足量的白磷放入具支試管底部，塞緊橡皮塞，將具支試管橫放固定在鐵架臺上（圖2）。

4. 點燃酒精燈，用酒精燈在試管底部稍微加熱，約在55℃時白磷開始燃燒，產生大量的白煙（生成的P2O5固體小顆粒），在具支試管狹小的空間中，氧氣很快被消耗掉。

5. 待反應結束，裝置完全冷卻后，將具支試管豎向固定在鐵架臺上（圖3），再把導管放進裝有藍色CuSO4溶液的燒杯中。

6. 打開乳膠管上的小夾子，藍色CuSO4溶液進入具支試管中，并在尖嘴管口形成美麗的藍色噴泉。最終進入導管內的藍色液體體積與具支試管內的藍色液體體積之和約為具支試管容積的1/5。

（四） 實驗創新點及其意義

1. 使用具支試管取代集氣瓶，白磷取代紅磷。取材方便，便于連接，縮短了反應時間和冷卻的時間。為老師上課贏得時效。

2. 在小支管處綁上氣球。可以緩解管內因燃燒產生的壓力，預防塞子被沖出的危險。

3. 確保了燃燒始終在一個密閉系統中進行，減小了實驗誤差，排除了紅磷在引燃過程中帶來的環境污染，實現教學過程的綠色化。

4. 用藍色CuSO4溶液取代水，視覺現象明顯，對比性強。另外，CuSO4溶液還可以吸收反應后具支試管中存在的白磷蒸氣（有毒）。5. 玻璃導管伸入到具支試管中的一段燒制成尖嘴，當具支試管冷卻到室溫時，控制好小夾子的張合度，可以讓藍色CuSO4溶液在空氣壓力的作用下從燒杯倒流回具支試管時，在尖嘴管管口會形成藍色的噴泉，實現實驗的趣味性，激發了學生學習化學的熱情。

三、 本創新裝置提示

1. 本創新裝置只適合教師進行演示實驗，不宜學生動手實驗。因為本實驗所使用到的白磷屬自燃物和有毒物，若學生操作當，容易引起白磷自燃或者導致學生中毒，出現安全事故。

2. 本實驗在引燃白磷之前，應利用氣壓原理在導管中注滿CuSO4溶液。否則，最終進入到具支試管中的液體體積會小于試管容積的1/5，直觀效果不夠好。

作者簡介：姜鵬，貴州省遵義市，貴州省遵義市播州區樂山鎮中學。