激光式空气含氧量测定仪

肖荣荣

1教材实验存在的问题

笔者发现，在多个初中科学教材的8年级化学教学中都安排了一个相同的实验——测定空气中氧气的体积含量（实验装备如图1所示）。然而在实际课堂教学过程中，笔者发现该实验存在不少不足之处。

图1测定空气中氧气含量的实验（1）直角玻璃导管如果事先未注满水，不仅会引起测量结果偏低，而且使得实验操作繁琐，也达不到较好的实验效果。

（2）实驗中使用的双孔软胶塞，既要连着较长的玻璃导气管，又要插入燃烧匙，这无论是对教师还是学生来说，给取用和点燃红磷时的操作造成了很大的不便。

（3）不少教师点燃红磷后由于慌忙等原因致插入燃烧匙太慢或未及时塞紧橡胶塞，致使瓶内部分空气受热溢出，导致实验测定结果偏大。

（4）因实验中使用的集气瓶容量较大，要使其内氧气全部被消耗，就要求在燃烧匙中装满红磷，但实验结束后燃烧匙中往往还会剩余不少红磷，浪费了药品。

2实验改进思路与方法

针对以上阐述的实验不足和缺陷，笔者对该实验进行了一番新的设计和改进。实验改进的思路是：优化实验装置，转变点燃方式，节约化学药品，从而提高实验的有效性。

21实验材料

集气瓶（250 mL）、激光笔（5 W）、软胶塞、燃烧匙、直角玻璃管、一次性输液器、白磷、烧杯（500 mL）、红墨水、乳胶管、氢氧化钠溶液、镊子等。

22实验装置制作方法

（1）如图2所示，先预留出集气瓶底部一定容积，然后将剩余的容积平均分成5等份，并标上红色记号。

图2测定空气中含氧量实验装置（2）将燃烧匙穿过软胶塞并调节燃烧匙的高度，使得当软胶塞塞紧时，燃烧匙的底部位于集气瓶中部。再将直角玻璃管的一端也穿过软胶塞，使管口稍露出软胶塞即可。

（3）截取一次性输液器上的流速调节器和滴壶，并用乳胶管将它们连接起来。

23实验过程

（1）按图2所示实验装置，首先在集气瓶中加入红墨水（含氢氧化钠溶液）至瓶底部第一条红线标记处，再在燃烧匙中加入一小颗白磷，然后塞紧橡皮塞。

（2）将改造后的一次性输液器的一端与插在橡皮塞中的直角玻璃管相连接，并尽可能地挤压出滴壶中的空气，同时关闭开关（流速调节器），然后将另一端放入装满红墨水的烧杯中。

（3）打开激光笔电源开关并照射白磷，观察到白磷立即燃烧起来。

（4）待燃烧完毕且集气瓶冷却后，打开开关（流速调节器），可观察到烧杯里的红墨水经输液管流到了集气瓶中，待红墨水不再流动时，关闭开关。（5）用力挤压滴壶，使其中残留的红墨水流入集气瓶中，此时可观察到红墨水到达了第二条红线标记处，证明空气中氧气的体积含量约占空气体积的1/5。

3改进实验的特点

31改变点火方式

实验中利用激光对集气瓶内的白磷进行加热，不仅安全环保，而且避免了点燃白磷时产生的五氧化二磷对空气的污染和对人体的伤害。教师也不用担心点燃白磷后因紧张、慌忙等原因未及时塞紧橡胶塞而致使实验失败。

32输液器的妙用

实验中利用输液器部分零件（流速调节器、滴壶等）来代替直角玻璃管，通过挤压滴壶，巧妙地将管中留有的红墨水送入集气瓶中，从而提高了实验的准确性。

33实验优点

本实验装置最大限度地尊重了教材中实验装置的原貌，有利于学生的学习和理解。实验操作简便、现象明显、效果好，不仅保证了实验的科学严谨性，而且还激发和培养了学生学习的兴趣与积极性。

4实验注意事项

（1）实验时不可长时间使用激光笔，长时间使用不仅会损坏激光笔，而且也会影响师生的视力。

（2）实验中使用的是白磷而非红磷，这是因为红磷的着火点是260 ℃，而白磷的着火点只有40 ℃。红磷在密闭的容器内燃烧时，氧气含量下降到约7%时就不再发生变化了；而在同样条件下白磷燃烧时，因白磷的着火点较低，可将密闭容器中的氧气含量降低到接近3%甚至更低。为何教材用红磷来做实验，实验也比较成功呢？笔者通过实验和分析认为，这是因为当红磷被点燃后放入集气瓶内时，无论放入的动作有多快，总会使瓶内部分空气受热溢出，致使实验测定结果偏大；而红磷在密闭的容器内燃烧时，氧气含量下降到约7%时就不再发生变化了，这会使实验测定结果偏小。如此“一大一小”的误差刚好相抵消，故从表面上来看实验也是成功的，其实不然。endprint