例谈空气中氧气含量的粗略测定

林家平

（南京市六合区金牛湖初级中学江苏南京211521）

例谈空气中氧气含量的粗略测定

林家平

（南京市六合区金牛湖初级中学江苏南京211521）

《初中化学新课程标准》将科学探究作为“课程改革的突破口”,而化学实验正是进行科学探究的主要方式,实验探究有利于培养学生的创新思维、创新精神、创新能力。教师要注意引导学生进行各种探究性实验的设计。义务教育课程标准实验教科书《化学》（九年级上册）中给出了关于空气中氧气含量的粗略测定的方法,近几年的各地中考试题也根据该原理将此类装置不断改进,设置出该原理下的多种方法,下面就来介绍其中的几种。

方法一：小王同学设计了测定空气中氧气含量的实验,实验装置如图。该同学的实验步骤如下：①将图中的集气瓶分为5等份,并作好标记；②在带橡皮塞和导管的燃烧匙内装入足量的红磷,将导管上的止水夹紧,在酒精灯上点燃红磷,并立即伸入集气瓶内,塞紧橡皮塞；③充分反应后,待集气瓶冷却至室温,打开止水夹。

请回答下列问题：

（1）该实验中红磷需稍过量,目的是_______ ____________。

（2）步骤③中打开止水夹后观察到的现象是_________________________,由此可得出空气中氧气的体积分数约为___________。

[解题分析]该题的设计来源于教材,其基本原理就是在密闭的容器内,红磷燃烧消耗了氧气同时产生固体五氧化二磷,从而使得集气瓶内的压强减小,烧杯内的水倒流进入集气瓶,其体积就是被消耗掉的氧气体积。为了使得氧气被充分消耗,因此燃烧匙内应装入足量的红磷。所以本题答案为：（1）使集气瓶中的氧气完全消耗；（2）烧杯内的水沿着导管流入集气瓶中,夜面大约在标记1处（或者进入瓶内约1/5）。

方法二：我们知道,空气的主要成分是氮气和氧气。右图是小倩同学测定空气中氧气含量的实验装置。试回答下列问题：

（1）实验过程中,燃烧匙里为什么要盛放过量的红磷？___________________。

（2）这个实验除了可以得出氧气约占空气体积的1/5的结论外,还可推论出氮气（填“易”或“难”）溶于水和其化学性质________（填“活泼”或“不活泼”）的结论。

（3）在此实验过程中能否用碳、硫代替红磷？______________________________。

[解题分析]该题的设计来源于老教材,其基本原理仍然是在密闭的容器内,红磷燃烧消耗了氧气同时产生固体五氧化二磷,从而使得钟罩内的压强减小,水面上升,其上升的体积就是被消耗掉的氧气体积。为了使得氧气被充分消耗,因此燃烧匙内应装入足量的红磷。该实验除了说明空气中氧气的体积含量约为1/5,还可以说明氮气的一些性质,如：不能燃烧,也不能支持燃烧；难溶于水等等。该设计的另一个关键在于消耗氧气的同时生成物是固体,而不是气体,如果选用碳、硫代替红磷则实验就达不到预期效果了。所以本题答案为：（1）使集气瓶中的氧气完全消耗。（2）难；不活泼。（3）不能；因为选用碳、硫代替红磷虽然也消耗了氧气,但是生成的二氧化碳、二氧化硫是气体,要占据体积,所以水面不会上升到1/5。

方法三：为测定空气中氧气所占的体积分数,小军同学设计了如图实验,在一个耐热活塞的底部放一小块（足量）白磷,然后迅速将活塞下压,则（1）可以观察到的现象为________________。

（2）冷却至原来温度时,慢慢松开手,活塞最终将回到刻度____处。

（3）试回答白磷燃烧的原因____________。

[解题分析]该题的设计原理主要利用在密闭的容器内,通过压缩活塞做功,导致内能增加,温度上升,达到白磷的着火点,白磷燃烧消耗了氧气,生成固体五氧化二磷,从而使得活塞内的压强减小,最后活塞停在图中4处。所以本题的答案是：（1）白磷燃烧,产生大量的白烟。（2）4。（3）压缩活塞做功,导致内能增加,温度上升,达到白磷的着火点,从而使得白磷燃烧。

方法四：某学生用图示装置粗略地测定空气中氧气的体积分数。图中烧杯上方玻璃管（预先固定好）中部有一小块白磷,在左端管内密封有空气。活塞右端的玻璃管口跟空气连通,实验开始前活塞处在刻度5cm处。

（1）向生石灰中加水,玻璃管内观察到的现象是：白磷；此时活塞向（填左、右）移动。

（2）实验结束后,冷却至常温,活塞应停在约cm处,据此可得出的结论是__________。

[解题分析]该题的设计原理主要利用向生石灰中加水,生石灰和水发生化学反应放出热量达到白磷的着火点,从而使得白磷燃烧,由于在密闭的容器内,燃烧放出热量而使气体膨胀,所以开始时活塞向右移动,但是当温度冷却至常温时,由于氧气被消耗,从而使得活塞内的压强减小,最后活塞停在图中4 cm处。所以本题的答案是：（1）白磷燃烧,产生大量的白烟；右。（2）4；空气中氧气的体积含量约为1/5。

由此可见,只要了解了空气中氧气含量的粗略测定的基本原理就可以灵活多变,举一反三。这对培养学生的发散性思维来说不失为一个好的例子。

1008-0546（2010）08-0078-01

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2010.08.034