“细品”空气中氧气含量测定实验

杨　洁

杨洁，河南省实验中学教师，初中化学教研组长，化学竞赛优秀辅导教师，任教班级在每年郑州市质量预测、河南省中考的成绩都超出市平均分，优秀率较郑州市抽样高出十几个百分点。

步入化学的殿堂后，空气是我们从化学角度认识的第一种身边的物质，空气中氧气含量的测定实验是我们探究空气的成分和体会化学魅力的重要实验。下面请大家再一起回味、细品一下这个实验吧。

一、实验原理解读

在密闭容器中，通过化学反应消耗空气中的氧气，使得容器内压强减小，利用容器内外的压强差压入水，以进入装置中水的体积来确定空气中氧气的体积分数。

二、实验药品应满足的条件

为了达到实验目的，实验选用的药品需满足以下要求：能在空气中与其中的氧气发生反应；不消耗空气中的其他成分；反应后不生成其他占据体积的气体。为了将所取空气中的氧气消耗完，一般取过量的药品进行实验。拉瓦锡实验中所用的汞，以及演示实验中用的红磷均满足以上要求。

三、实验装置探究

同学们已经熟悉课本第27页的实验装置。装置的集气瓶中先加入少量水有利于装置的冷却，若未充分冷却，瓶内剩余的气体会因温度较高而体积膨胀，与原来相比占据更多体积，使得进入广口瓶中的水量偏少。

根据实验要求，你能设计其他不同的实验装置来达到相同的实验目的吗？现在进行如下探究。

1. 如图1，将玻璃钟罩放入装有水的水槽中，点燃燃烧匙中过量的红磷，迅速塞紧橡皮塞，燃烧充分并冷却到室温后，观察到钟罩内的水面上升到约原气体体积的1/5处。

2. 如图2，在U形管中放入适量的水，关闭电路上的开关，电阻丝放热引燃白磷（白磷燃烧需要的温度比红磷低，更易引燃，与氧气反应后也是生成五氧化二磷），反应充分并冷却到室温后，左侧液面上升到刻度“1”的位置。

3. 如图3，在一个具有刻度的硬质玻璃容器中放入足量白磷，装置上有密闭良好且可以左右滑动的活塞。将这个玻璃容器固定在盛有80 ℃热水的烧杯上，过一会儿看到白磷燃烧。待反应停止且玻璃容器冷却到室温后，活塞移动到刻度“4”的位置。

4. 如图4，在一个气密性良好的容器中，放入足量白磷，迅速下压装置上的活塞，由于外界做功而使装置内的气体内能增加，温度升高，引燃白磷，待反应结束且冷却到室温后，活塞的位置停留在刻度“4”处。

5. 如图5，在此跟大家分享一个用气体完成该实验的设计。在尖嘴管处点燃氢气（氢气可在空气中燃烧，与氧气反应生成水），迅速塞进广口瓶，当火焰熄灭时立即停止通入氢气，待装置冷却到室温后打开止水夹，水进入集气瓶，约占原气体体积的1/5。

以上装置希望能对大家起到抛砖引玉的作用，同学们可以试着改进该实验，自己设计实验装置，互相进行交流。

四、实验原理的延伸应用

据新浪网报道，一对夫妇到自家地窖中取物时，不幸身亡。经公安局法医鉴定确认，这对夫妇是因地窖内二氧化碳含量较高使其缺氧而窒息身亡。你能不能参考测定空气中氧气含量的方法，测定一下地窖中二氧化碳气体的含量呢？探究思路如下。

在密闭容器中通过化学反应消耗二氧化碳，使得容器内压强减小，利用压入水的体积来显示气体中二氧化碳的体积。通过查阅资料，可知二氧化碳常用氢氧化钠溶液吸收（大家可以通过“百度知道”在网上搜索有关知识）。据此可设计实验装置如图6。在注射器中加入适量浓氢氧化钠溶液，压入装有待测气体样品的广口瓶，适当振荡后，打开导管上的活塞，可看到有一定量的水进入广口瓶。据进入水的体积就可推知地窑空气样品中二氧化碳的体积分数。

责任编辑/侯秀姣