对探究空气成分实验的思考与改进

陆益锋

（慈溪市宗汉锦纶初级中学，浙江 宁波315301）

（图1）

华师大版（2012）七年级科学下册P52，第二章第2节《空气的成分》中“探究空气的成分实验”（如图1），在实际的操作过程中发现该实验存在以下缺陷：（1）集气瓶的容积很难平分成5等份，会影响实验结果；（2）红磷在酒精灯火焰上点燃，产生有毒物质P2O5会污染大气及威胁到实验者与观察者；（3）将点燃的红磷送入集气瓶的过程中，会使一部分瓶内的空气逸出，影响实验结果的可靠性和说服力；（4）要立即塞紧橡皮塞，装置的气密性可能很难保证；（5）导管中空气等打开止水夹时会被压入瓶内，会导致测量结果变小；（6）因为要等冷却后，再打开止水夹，试验时间长；（7）当烧杯中的水不再沿导管进入瓶中时，导管内会存在一段水柱，这样会使瓶内剩余气体的压强小于燃烧前瓶内空气压强（等于外界大气压），即剩余空气处于膨胀状态，使测量结果变小；（8）整个实验的可视度、观赏性与震撼程度稍欠火候。

为此，针对实验中碰到的问题，我通过查阅大量资料与反复试验后做了以下改进：（1）采用针筒内水量的变化与原等份法一起测量，增强说服力；（2）点燃方式改为“电阻丝通电的内引燃”这样避免了有毒的P2O5飘散到空气中，同时也避免了瓶内的空气跑出和保障了装置的气密性；（3）实验开始前，在导管中灌满水，避免原导管中空气对实验的影响；（4）在瓶底上方放一团湿棉球，起到冷却作用，进而缩短了实验的时间；（5）冷却后打开止水夹，当水不再进入瓶内时，将针筒升到一定高度，使针筒内液面与集气瓶内液面相平。即使燃烧前后的瓶内气压不变。（6）集气瓶倒置的状态下，用红墨水染色后的水能形成喷泉现象，易于观察，增加可视度。

一、实验的原理

磷燃烧消耗瓶内氧气，生成白色固体，冷却后瓶内压强小于外界大气压时会产生压力差，促使液体流入容器内，及体现了等效替代的科学方法。

二、实验器材与实物图（如图2）

红磷、药匙、烧杯、铁架台、铁夹、集气瓶、橡皮塞、滴管、针筒、红墨水、橡皮管、玻璃导管、水、止水夹、燃烧匙、两根硬铁丝、电阻丝、学生电源、开关、导线若干、老虎钳、水槽、电流表等。

（图2）

三、实验步骤

1.按图2装好装置，倒置的状态下，在导管中灌满水，并打开止水夹检查气密性。

2.将红磷放在燃烧匙中，至盖住电阻丝，将橡皮塞倒塞入集气瓶。

3.闭合学生电源的开关。观察集气瓶内的变化。

4.到反应停止后，在瓶底上方放一团湿棉球，冷却装置至室温。

5.打开夹子。观察集气瓶内变化。

6.等水不再进入瓶内时，将针筒升到一定高度，使针筒内液面与集气瓶内液面相平。最后从瓶上的等分线可知进入集气瓶的水体积占集气瓶的1/5，并结合看针筒中减少的水的体积，就知道了瓶内氧气的体积，再次得出集气瓶空气中氧气的体积分数。

四、达到的效果

1.利用压强差形成喷泉很直观形象，激发了学生的兴趣。

2.双重数据相结合，减小了实验误差，更具说服力。

五、仍存在的问题及后续改进方向

1.用激光点火等多种方式，让学生叹为观止。

2.尝试利用具支试管，橡皮管和止水夹构成一个密闭的系统，用酒精灯加热等。最终设计开发出器材简单易操作，经济、安全、污染少，效果好的学生实验装置。