戴香蘭

【摘 要】“測(cè)定空氣里氧氣的含量”這個(gè)實(shí)驗(yàn)是新人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)存在一些不足之處，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的方法、裝置及藥品可進(jìn)行必要的改進(jìn)。

【關(guān)鍵詞】空氣中氧氣含量的測(cè)定；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)。演示實(shí)驗(yàn)的成敗與效果不僅影響學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解和掌握，還直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣?！皽y(cè)定空氣里氧氣的含量”這個(gè)實(shí)驗(yàn)按教材的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象不明顯，實(shí)驗(yàn)的成功率較低。針對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)所存在的問(wèn)題，筆者在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)該實(shí)驗(yàn)的方法、裝置及藥品進(jìn)行了改進(jìn)與嘗試，并取得了較好的實(shí)驗(yàn)效果。

一、教材中的實(shí)驗(yàn)及不足之處

新人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)中的實(shí)驗(yàn)2-1（如圖1），利用紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使集氣瓶?jī)?nèi)的壓強(qiáng)減小，在大氣壓的作用下，燒杯中的水沿著導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶里，通過(guò)集氣瓶?jī)?nèi)水面上升的體積判斷氧氣的含量。

教材中原實(shí)驗(yàn)在實(shí)際的操作中水面不可能達(dá)到預(yù)期的理想高度，實(shí)驗(yàn)很難成功，主要原因是教材中原實(shí)驗(yàn)存在以下不足之處：①燃燒過(guò)程沒(méi)有始終在密閉裝置中完成，從點(diǎn)燃紅磷到插入集氣瓶過(guò)程中會(huì)有裝置內(nèi)空氣受熱逸出；②點(diǎn)燃紅磷的燃燒匙在伸入集氣瓶過(guò)程中，紅磷燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷會(huì)逸散到空氣中，不利于師生健康并且污染空氣；③在點(diǎn)燃紅磷前玻璃導(dǎo)管內(nèi)沒(méi)有水，反應(yīng)結(jié)束后導(dǎo)管內(nèi)會(huì)有部分水滯留，造成的實(shí)驗(yàn)誤差也較大；④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，即紅磷燃燒僅消耗70%—80%左右的氧氣，所以水面不可能達(dá)到預(yù)期的理想高度。

二、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.為了克服上述中①②兩點(diǎn)缺陷，讓紅磷的燃燒反應(yīng)在密閉的裝置中進(jìn)行，防止空氣受熱外逸和產(chǎn)生的五氧化二磷逸散到空氣中污染環(huán)境，需要改進(jìn)點(diǎn)燃方式，把外部點(diǎn)燃改為內(nèi)部點(diǎn)燃，而紅磷的著火點(diǎn)有240℃，內(nèi)部引燃很難達(dá)到此溫度，因此，可以用白磷（著火點(diǎn)40℃）代替，由于白磷著火點(diǎn)低，操作更為簡(jiǎn)便節(jié)能。通過(guò)查閱資料文獻(xiàn)，找到了以下幾種典型的改進(jìn)方法。

圖2用凸透鏡將太陽(yáng)光聚焦到白磷上引燃白磷；圖3用銅絲導(dǎo)熱引燃白磷；圖4用水浴加熱引燃白磷。

這三套裝置都可以解決瓶外引燃導(dǎo)致的污染問(wèn)題，只是圖2需要用凸透鏡將太陽(yáng)光聚焦到白磷上引燃白磷，而教室里無(wú)法得到強(qiáng)烈的太陽(yáng)光，實(shí)驗(yàn)只能到室外做，并且對(duì)天氣有要求，因此在實(shí)際的教學(xué)中是不適用的。而圖3用銅絲導(dǎo)熱引燃白磷，銅絲需要插入橡膠塞，銅絲通過(guò)厚厚的橡膠塞在導(dǎo)熱到白磷的過(guò)程中已經(jīng)消耗了大量的熱量，最后傳遞到白磷的熱量很難使白磷的溫度達(dá)到著火點(diǎn)而燃燒起來(lái)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圖4用水浴加熱引燃白磷，是以上幾種改進(jìn)方法中最簡(jiǎn)便并且可行的內(nèi)部引燃白磷的方法。

2.為了克服上述中③的缺陷，減小導(dǎo)管對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成的誤差，需要改進(jìn)氧氣消耗體積的測(cè)量方式?？梢钥s短導(dǎo)管的長(zhǎng)度或者直接刪除導(dǎo)管的導(dǎo)水作用。通過(guò)查閱資料文獻(xiàn)，找到了以下幾種典型的改進(jìn)方法。

圖5利用下口敞開的鐘罩放置在水槽里；圖6利用硬質(zhì)玻璃管放置在水槽里；圖7改變?nèi)紵椎男螤?，把直柄彎曲成“V”形；圖8利用白磷燃燒消耗氣體產(chǎn)生的壓差使玻璃注射器的活塞向內(nèi)側(cè)移動(dòng)。

圖5-圖7的三套裝置利用的改進(jìn)思路是一致的，都是用敞開的儀器倒置水中讓水面直接上升，無(wú)需導(dǎo)管的連接，減少水在導(dǎo)管內(nèi)滯留影響實(shí)驗(yàn)誤差。但這三套裝置中的紅磷要在裝置外部引燃，無(wú)法防止空氣受熱外逸和產(chǎn)生的五氧化二磷逸散到空氣中污染環(huán)境。圖8的裝置雖然可以達(dá)到內(nèi)部引燃白磷并且沒(méi)有導(dǎo)管的作用，但是此裝置的氣密性要求很高，而且因?yàn)樽⑸淦骰钊哪Σ磷饔?，在?shí)際的實(shí)驗(yàn)中也很難達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果?？傊@些裝置也都存在一些問(wèn)題需要解決。

3.為了克服上述中④的缺陷，需要對(duì)實(shí)驗(yàn)的藥品進(jìn)行改進(jìn)。教材中的實(shí)驗(yàn)隨著反應(yīng)的進(jìn)行氧氣濃度降低即無(wú)法支持燃燒，因此空氣中的氧氣不能除盡，需要選擇還原性較強(qiáng)的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)。通過(guò)查閱資料對(duì)比，還原性鐵粉是進(jìn)行此實(shí)驗(yàn)相對(duì)理想的藥品，利用鐵生銹可以完全消耗空氣中的氧氣。

圖9即是用還原性鐵粉做此實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)裝置。

該實(shí)驗(yàn)的儀器和藥品：20mL的注射器、橡膠塞、熱帖、水。

該實(shí)驗(yàn)的過(guò)程：利用熱帖（主要成分：鐵粉、水和食鹽）或食品脫氧劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在容量為20mL的注射器中封閉約2mL熱帖中的固體，吸取少量的水，預(yù)留15mL空氣，把注射器前端開口用橡膠塞塞住。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果：固體與注射器內(nèi)的氧氣充分反應(yīng)，大約5分鐘后，注射器內(nèi)的氣體減少約3mL，說(shuō)明氧氣約占空氣體積的1/5，達(dá)到預(yù)期的實(shí)驗(yàn)效果。

此裝置實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)：克服了上述提到的教材原實(shí)驗(yàn)的四點(diǎn)不足之處，使整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程做到在密閉的容器中進(jìn)行，氣體不會(huì)向外逸散，無(wú)連接裝置，氣密性更好，避免污染，使用的藥品可以完全消耗空氣中的氧氣，更加準(zhǔn)確地測(cè)定空氣中氧氣的含量，最大限度減少實(shí)驗(yàn)誤差，并且儀器簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，藥品易得。此外，還可將此演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，從而進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，啟發(fā)學(xué)生的科學(xué)思維，為學(xué)生提升創(chuàng)新的科學(xué)素養(yǎng)開啟智慧之門，讓學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)造之美。

【參考文獻(xiàn)】

[1]邱嬋珍.測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)《新校園》，2014（2）