利用钢铁的吸氧腐蚀测定空气中氧的含量

贾同全

一、实验原理

将内壁粘有还原铁粉的玻璃管直立在盛有水的烧杯中，铁粉发生吸氧腐蚀而生锈，消耗氧气使玻璃管内的水面上升，由此可以测量出空气中氧气的含量。有关反应如下：

Fe(OH)2继续与空气中的O2作用，生成Fe(OH)3，再生成铁锈 (Fe2O3•nH2O)。

二、实验试剂

饱和食盐水、还原铁粉。

三、实验仪器及其他用品

玻璃管、烧杯、坐标纸、饮料吸管。

四、实验步骤

(1)用剪刀在坐标纸上剪下一段纸条，标上刻度。将该纸条用两面胶贴在玻璃管外壁上，使其上端刻度线与玻璃管上塞紧的橡胶塞下端平齐。用饱和食盐水将玻璃管的内壁润湿均匀后备用。

(2)用剪刀将饮料吸管剖开，将还原铁粉均匀撒进由此形成的凹槽内，然后将其伸入玻璃管内，转动玻璃管，使还原铁粉均匀地黏附在玻璃管内壁上，然后将吸管取出。

(3)将玻璃管直立在烧杯中，向烧杯中加入适量水，使水面到达“0”刻度线位置，用橡胶塞慢慢地塞紧上端管口，注意使玻璃管内外的水面相平(如图1所示)(目的是使量气装置里面的气体压强为外界大气压)。

图1

(4)玻璃管内水面不断上升，每隔一段时间观察一次玻璃管内水面的上升情况。向烧杯内添加适量水，使玻璃管内外水面相平。同时可以看到玻璃管内壁上的深灰色还原铁粉慢慢变成了红褐色。

(5)当玻璃管内水面停止上升时，实验结束，读出水面高度。

(6)拔开橡胶塞，将燃烧的木条伸入玻璃管内检验剩余的气体。木条熄灭，说明剩余气体中不含氧气或者氧气含量很少。

(7)玻璃管内壁上的铁锈可用含有稀盐酸的水浸泡后除去。

五、注意事项

(1)要尽可能地将铁粉均匀撒在玻璃管的内壁上，刻度线“1”以下部分不要粘上铁粉。

(2)为了消除玻璃管内水面上升造成的误差，随着水面上升要同时向烧杯内加水，使玻璃管内外水面保持相平。

(3)整个实验过程与所处环境温度有一定的关系，实验证明在室温(20～25℃)时，大约50 s左右就可以看到玻璃管中的液面缓慢上升(如图2所示) ；2min时，玻璃管中的液面上升至1/10左右刻度处，并且液面的上升速度越来越快；25min左右时，液面基本稳定在1刻度处(如图3所示)。

图2

图3

本实验可由教师当堂演示，由学生观测实验结果，或者作为学生的课后实验进行探究。

六、实验分析

测定空气中氧气含量的实验也是初中化学的一个重要定量实验。本实验采用教材中的方法进行实验时，主要存在以下不足：磷燃烧后产生大量的白烟对空气造成污染；为了耗尽空气中的氧气，红磷要适当过量，实验结束后，红磷会有剩余，造成不必要的浪费；测定的结果往往比理论值偏低；实验结束后会剩余较多含酸废水，须经处理后才能排放。

用改进后的新方法进行实验，没有任何环境污染，材料易得，操作简单。既测定了空气中氧气的含量，又使学生对铁的生锈(吸氧腐蚀)留下了深刻印象。用饱和食盐水润湿后可加快实验进程，实验现象更加明显。

在该实验中，铁粉均匀地分布在玻璃管中，可使管内空气中的氧气被充分吸收，实验准确度较高。该实验不仅适用于探究空气的组成，同时将钢铁的吸氧腐蚀很好地融合在了一起。