“测定空气里氧气的含量”实验的改进

戴香兰

【摘 要】“测定空气里氧气的含量”这个实验是新人教版九年级化学上册中的一个重要实验。这个实验存在一些不足之处，对该实验的方法、装置及药品可进行必要的改进。

【关键词】空气中氧气含量的测定；实验改进

化学是一门以实验为基础的科学。演示实验的成败与效果不仅影响学生对化学知识的理解和掌握，还直接影响学生学习的兴趣。“测定空气里氧气的含量”这个实验按教材的设计方法进行实验，现象不明显，实验的成功率较低。针对这个实验所存在的问题，笔者在前人研究的基础上，对该实验的方法、装置及药品进行了改进与尝试，并取得了较好的实验效果。

一、教材中的实验及不足之处

新人教版九年级化学上册中的实验2-1（如图1），利用红磷燃烧消耗空气中的氧气，使集气瓶内的压强减小，在大气压的作用下，烧杯中的水沿着导管进入集气瓶里，通过集气瓶内水面上升的体积判断氧气的含量。

教材中原实验在实际的操作中水面不可能达到预期的理想高度，实验很难成功，主要原因是教材中原实验存在以下不足之处：①燃烧过程没有始终在密闭装置中完成，从点燃红磷到插入集气瓶过程中会有装置内空气受热逸出；②点燃红磷的燃烧匙在伸入集气瓶过程中，红磷燃烧产生的五氧化二磷会逸散到空气中，不利于师生健康并且污染空气；③在点燃红磷前玻璃导管内没有水，反应结束后导管内会有部分水滞留，造成的实验误差也较大；④红磷的着火点较高，红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧，即红磷燃烧仅消耗70%—80%左右的氧气，所以水面不可能达到预期的理想高度。

二、实验的改进

1.为了克服上述中①②两点缺陷，让红磷的燃烧反应在密闭的装置中进行，防止空气受热外逸和产生的五氧化二磷逸散到空气中污染环境，需要改进点燃方式，把外部点燃改为内部点燃，而红磷的着火点有240℃，内部引燃很难达到此温度，因此，可以用白磷（着火点40℃）代替，由于白磷着火点低，操作更为简便节能。通过查阅资料文献，找到了以下几种典型的改进方法。

图2用凸透镜将太阳光聚焦到白磷上引燃白磷；图3用铜丝导热引燃白磷；图4用水浴加热引燃白磷。

这三套装置都可以解决瓶外引燃导致的污染问题，只是图2需要用凸透镜将太阳光聚焦到白磷上引燃白磷，而教室里无法得到强烈的太阳光，实验只能到室外做，并且对天气有要求，因此在实际的教学中是不适用的。而图3用铜丝导热引燃白磷，铜丝需要插入橡胶塞，铜丝通过厚厚的橡胶塞在导热到白磷的过程中已经消耗了大量的热量，最后传递到白磷的热量很难使白磷的温度达到着火点而燃烧起来。通过实验验证图4用水浴加热引燃白磷，是以上几种改进方法中最简便并且可行的内部引燃白磷的方法。

2.为了克服上述中③的缺陷，减小导管对实验结果造成的误差，需要改进氧气消耗体积的测量方式。可以缩短导管的长度或者直接删除导管的导水作用。通过查阅资料文献，找到了以下几种典型的改进方法。

图5利用下口敞开的钟罩放置在水槽里；圖6利用硬质玻璃管放置在水槽里；图7改变燃烧匙的形状，把直柄弯曲成“V”形；图8利用白磷燃烧消耗气体产生的压差使玻璃注射器的活塞向内侧移动。

图5-图7的三套装置利用的改进思路是一致的，都是用敞开的仪器倒置水中让水面直接上升，无需导管的连接，减少水在导管内滞留影响实验误差。但这三套装置中的红磷要在装置外部引燃，无法防止空气受热外逸和产生的五氧化二磷逸散到空气中污染环境。图8的装置虽然可以达到内部引燃白磷并且没有导管的作用，但是此装置的气密性要求很高，而且因为注射器活塞的摩擦作用，在实际的实验中也很难达到预期的实验结果。总之，这些装置也都存在一些问题需要解决。

3.为了克服上述中④的缺陷，需要对实验的药品进行改进。教材中的实验随着反应的进行氧气浓度降低即无法支持燃烧，因此空气中的氧气不能除尽，需要选择还原性较强的物质进行反应。通过查阅资料对比，还原性铁粉是进行此实验相对理想的药品，利用铁生锈可以完全消耗空气中的氧气。

图9即是用还原性铁粉做此实验的实验装置。

该实验的仪器和药品：20mL的注射器、橡胶塞、热帖、水。

该实验的过程：利用热帖（主要成分：铁粉、水和食盐）或食品脱氧剂进行实验。在容量为20mL的注射器中封闭约2mL热帖中的固体，吸取少量的水，预留15mL空气，把注射器前端开口用橡胶塞塞住。

实验现象及结果：固体与注射器内的氧气充分反应，大约5分钟后，注射器内的气体减少约3mL，说明氧气约占空气体积的1/5，达到预期的实验效果。

此装置实验的优点：克服了上述提到的教材原实验的四点不足之处，使整个实验过程做到在密闭的容器中进行，气体不会向外逸散，无连接装置，气密性更好，避免污染，使用的药品可以完全消耗空气中的氧气，更加准确地测定空气中氧气的含量，最大限度减少实验误差，并且仪器简单，操作简便，药品易得。此外，还可将此演示实验转化为学生实验，从而进一步激发学生的学习兴趣，启发学生的科学思维，为学生提升创新的科学素养开启智慧之门，让学生体验到化学实验的创造之美。

【参考文献】

[1]邱婵珍.测定空气中氧气含量的实验改进《新校园》，2014（2）