秦翔

1 前言

初中化學(xué)《測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)》的實(shí)驗(yàn)，目前在各種教材中介紹的方法有兩種：原版教材是用鐘罩、水槽等裝置，燃燒紅磷法；現(xiàn)行教材采用廣口瓶、燒杯、長(zhǎng)導(dǎo)管等裝置，燃燒紅磷法，如圖1所示。兩種方法的共同點(diǎn)是用紅磷燃燒消耗容器中的氧氣產(chǎn)生負(fù)壓，使水進(jìn)入容器，證明空氣中含氧氣的體積約占空氣體積的1/5，但在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中存在問題。

2 改進(jìn)的原因

（1）紅磷的著火點(diǎn)較高，紅磷燃燒熄滅并不是容器里的氧氣耗盡，而是氧氣的濃度降低到不能再支持紅磷燃燒，所以水面上升的高度不可能達(dá)到1/5的理想高度。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)把燃著的紅磷插入容器中時(shí)，如果沒有立即、迅速塞緊橡皮塞，使容器里一部分空氣受熱膨脹外逸，或在容器溫度還沒降到室溫的情況下就產(chǎn)生了負(fù)壓，水面高度也能達(dá)到甚至超過1/5。學(xué)生看到的是一個(gè)實(shí)驗(yàn)成功的假象，失去了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性和科學(xué)性。

（3）實(shí)驗(yàn)開始是在空氣中進(jìn)行的，生成的五氧化二磷固體小顆粒散失到空氣中，會(huì)污染空氣，危害師生的健康。

（4）集氣瓶容積比較大，冷卻至室溫需要較長(zhǎng)時(shí)間。

（5）實(shí)驗(yàn)所用水的顏色與玻璃的顏色相近，不便于學(xué)生從遠(yuǎn)處觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（6）不能直觀地判斷紅磷熄滅后集氣瓶?jī)?nèi)是否有殘余的氧氣。

（7）實(shí)驗(yàn)前，導(dǎo)管中空氣的體積沒有考慮；實(shí)驗(yàn)后導(dǎo)管中水的體積也沒有考慮，不利于培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)態(tài)度。

3 實(shí)驗(yàn)改進(jìn)思路

針對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題，教學(xué)中從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改進(jìn)。

（1）減小反應(yīng)儀器容積，以節(jié)約藥品，縮短降溫時(shí)間。

（2）讓白磷在密閉的容器內(nèi)燃燒，避免生成物污染空氣且避免產(chǎn)生負(fù)壓影響實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性。

（3）將裝白磷的試管置于熱水中，既可以保證白磷燃燒所需溫度，又可以保證試管內(nèi)溫度不太高，橡皮塞不會(huì)沖開。

（4）還可以用酒精燈進(jìn)行二次加熱，便于直觀地判斷燃燒后容器內(nèi)還有沒有剩余的氧氣。

（5）將水改為滴有適量紅墨水的有色水，便于觀察水面的變化情況。

（6）用白磷代替紅磷，便于消耗完瓶中的氧氣。

4 實(shí)驗(yàn)儀器及藥品

（1）儀器：試管、水槽、酒精燈、橡皮塞、鑷子、試管夾。

（2）藥品：白磷、紅墨水、濾紙、水等。

5 改進(jìn)的步驟

5.1 裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

5.2 實(shí)驗(yàn)步驟

（1）將試管裝滿水，塞上橡皮塞，在橡皮塞下部做上記號(hào)5。

（2）將試管中的水倒入量筒中測(cè)量，再倒1/5體積的水于試管中，直立試管，做上記號(hào)1，倒凈試管中的水。

（3）用鑷子取足量的小塊白磷，用濾紙吸干水，迅速放人試管中，塞緊橡皮塞。

（4）將試管放人裝有70℃熱水的大燒杯中，觀察白磷燃燒。

（5）白磷燃燒熄滅后，迅速把試管放人冷水中冷卻。取出，擦干水。

（6）再次將試管放到酒精燈上加熱，可以看到又有少量白煙產(chǎn)生。證明試管內(nèi)氧氣不足時(shí)白磷不能燃燒，但可以繼續(xù)反應(yīng)，徹底消耗試管內(nèi)氧氣。

（7）待試管不太燙時(shí)，將試管放入水槽中，加速降溫。

（8）待試管內(nèi)白煙消失后，將試管豎直倒放入盛有紅色水的水槽中，在水面以下拔下試管塞，紅墨水立即進(jìn)人試管，并讓水槽的水面與試管上的記號(hào)5相平。

（9）在水面以下用試管塞塞好試管口，將試管拿出，正立試管觀察，進(jìn)入試管中的水高度大約與試管記號(hào)1相平。

6 改進(jìn)的意義

（1）本實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，代用品多，方便學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

（2）整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程都在密封的容器中進(jìn)行，生成物不會(huì)污染空氣，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的“綠色化”。

（3）密封的容器剔除了導(dǎo)管中的空氣和水對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的“科學(xué)化”。

（4）克服了鐘罩和集氣瓶因容積過大，燃燒磷較多，放熱多，冷卻時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)耗時(shí)長(zhǎng)和浪費(fèi)藥品的缺點(diǎn)，體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)的“微型化”。

（5）精確完整的實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)誤差小，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)態(tài)度。

（6）過量的白磷二次反應(yīng)，消耗完試管內(nèi)空氣中的氧氣，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力。

（7）紅墨水與玻璃顏色有鮮明的對(duì)比，現(xiàn)象明顯，可信度高。