磷燃烧法测定空气中氧气体积分数的实验创新

吴长顺

1 实验的改进背景与目的

测定空气里氧气含量实验是中学化学第一个定量实验，是中学化学教学中最典型的一个教学型实验。做好空气中氧气含量的测定实验，对学生学习化学这门课程具有很大的辅助与启蒙作用。

教材中的实验装置如图1所示。实验操作是在空气中用酒精灯点燃红磷后伸入集气瓶中进行的。该实验方法有下列不足之处。

（1）由于燃烧产生有毒性的五氧化二磷对环境有污染。

（2）燃烧后伸入集气瓶，因红磷急速燃烧放热会导致瓶内空气有部分因膨胀而逸出。

（3）未采用缓冲措施，有时因红磷急速燃烧放出热量多、体积膨胀快而使瓶塞弹出。

（4）用长导管与盛水烧杯连接，管中因有水滞留而造成数据误差。

（5）因集气瓶无刻度而采用估读的方式读取数据，会产生误差。

自从近几年市场上可以廉价买到有刻度的不同型号的硬质玻璃试管，加之阅读有关该实验改进的文章并得到启示，于是笔者产生了优化改进“磷燃烧法测定空气中氧气体积分数”实验的想法。改进实验具有“操作简单，成本低，过程安全、环保，现象明显，误差小，微型化，便于普及推广”的特点。

2 实验仪器及试剂

2.1 仪器

25 mL有刻度试管，小烧杯，套有瘪气球的单孔橡皮塞（针头当导管好），镊子，小刀。

2.2 试剂

白磷，沸水，冷水，石蕊试液，硫酸铜溶液。

3 实验仪器装置图

实验仪器装置图如图2所示。

4 实验操作

（1）连接装置，检查装置气密性。取白磷去水后切绿豆大一块（适当过量），用镊子送入试管内，并用套有瘪气球针头的单孔橡皮塞盖紧（见图2A）。

（2）将试管放入沸水中水浴加热（见图2B），白磷立刻燃烧起来，从沸水中取出后不停地振荡试管，直到白磷熄灭。

（3）熄灭后的试管适时放入冷水中水浴降温（见图2C）。

（4）将冷却后的试管倒立插入滴有石蕊试液的水中，在水下去掉气球（见图2D）。

（5）堵住水下导管口，将试管直立起来（见图2E），可以读取出试管内液体体积数大约是5 mL，并在试管中滴入几滴硫酸铜溶液，吸收过量的白磷。

5 改进的意义

5.1 操作更加安全

增加了气球，防止系统内燃烧体积膨胀导致瓶塞弹出的现象，便实验更加安全。

5.2 误差小

采用刻度试管，读数比原方案的估读要准确，又因在相对密闭体系中进行，减少了空气的逸出与进入；不另用导管连接烧杯“引水”，也避免原方案中有水滞留导管而造成误差等。

5.3 操作简单、实验耗时短

由于刻度试管的使用，不需要另外使用量筒或注射器测体积，操作更加简单。用滴有紫色石蕊试液的冷水来冷却试管，比自然冷却实验用时短，还能通过紫色石蕊试液变红来验证磷燃烧生成的酸性物质，一举多得。

5.4 更加环保

不用燃烧匙在空气中点燃红磷后伸入试管，而改用热水加热白磷使操作更简便；在密闭系统中燃烧白磷，反应产生的有害物并被水吸收，也有效防止了有害的五氧化二磷散逸到空气中，再用硫酸铜溶液吸收过量有毒白磷，减少了有害物对生态的影响。

5.5 引发学生创新思维的产生

教师通过创新改进实验在课堂的呈现，能培养学生的创新思维能力，激发学生的创新动力。

收稿日期：2016-10-31