空气中氧气含量测定实验的改进
2015-01-22朱清勇
朱清勇
测定空气中的氧气含量的实验是初中化学中的一个重要的定量实验，在做“测定空气中氧气含量的体积分数”这一实验时，很难达到理想的效果，笔者用图1和图2所示装置做过多次，都未能达到理想的效果。
上一套人教版教材九年级《化学》（全一册）课本上第7页所示的装置如图1所示，其方法是将钟罩放入盛水的水槽中，以水面为基准线，将钟罩水面以上容积分为5等分，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的（如图1）。
图1图2
现行根据2011新课标修订的初三化学沪教版、人教版、粤教版等多套教材中，都使用如图2的实验装置。其方法是在集气瓶内加入少量水，再将集气瓶水面以上容积划分为5等份，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的。尽管教材版本变化多次，但该实验的目的只有一个，就是如何准确地测出空气中氧气的含量。
不管是教材中的设计还是一些资料上的改进，思路可谓经典，但实际操作中仍有很多困惑。
一、原实验存在的问题
1.实验前，集气瓶（或钟罩）内上升的水在容器中所占体积分数的划分较为复杂；实验中，红磷燃烧至完全冷却约需15 min左右，耗时太多。
2.实验存在一些明显的不足之处：
首先，经色谱分析，红磷在集气瓶瓶内燃烧结束后，瓶内仍有7%以上的氧气剩余，若用上教版教材中图2实验装置进行实验，实验的测定结果一般约为15%。
其次，实验时都必须在容器外点燃红磷后再伸入容器内，燃着的红磷伸入容器内时，容器内的空气一定会发生膨胀，造成部分空气被排出，导致实验结果不准确。
3.在酒精灯上点燃红磷时，生成的五氧化二磷颗粒以白烟的形式扩散到空气中会污染环境。
二、改进实验
在实际的化学教学中，为了提高化学实验的科学性和准确性，笔者对此实验进行了改进，借鉴了同行一些好的做法，设计了如图3所示，效果比较理想的改进实验。
1.实验设计思路
利用还原性铁粉的活泼性消耗试管内的氧气，导致试管内压力下降，从而使其外界大气压的作用下将量筒内的水慢慢压进横放的试管中，根据量筒中液面移动的水量就能求出试管中氧气的体积，从而计算出氧气的体积分数。
（2）先检查气密性，后关闭止水夹。
（3）先用胶头滴管在10cm×5cm滤纸上均匀滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再将还原性铁粉
0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均匀铺在滤纸上，将滤纸放入试管，迅速塞紧橡皮塞，将试管固定在铁架台上，导管伸入装有15 mL水的量筒中。
4.改进后实验的优点
（1）实验装置简单，实验原理正确。常州的江军老师在类似铁的吸氧腐蚀装置中用氧气传感器测量了体系中O2的含量变化，O2含量在162s内从最初的21%逐渐下降到0。
（2）操作简单，装置始终处于密封状态，实验数据准确。
（3）药品用量少，不需加热，无污染更加环保。
5.实验说明
（1）还原性铁粉易氧化，实验前最好选用新试剂。农村学校也可以用市场上暖宝宝中的铁粉代替。
（2）活性炭粉在使用前需要烘干。
（收稿日期：2014-11-10）
测定空气中的氧气含量的实验是初中化学中的一个重要的定量实验，在做“测定空气中氧气含量的体积分数”这一实验时，很难达到理想的效果，笔者用图1和图2所示装置做过多次，都未能达到理想的效果。
上一套人教版教材九年级《化学》（全一册）课本上第7页所示的装置如图1所示，其方法是将钟罩放入盛水的水槽中，以水面为基准线，将钟罩水面以上容积分为5等分，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的（如图1）。
图1图2
现行根据2011新课标修订的初三化学沪教版、人教版、粤教版等多套教材中，都使用如图2的实验装置。其方法是在集气瓶内加入少量水，再将集气瓶水面以上容积划分为5等份，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的。尽管教材版本变化多次，但该实验的目的只有一个，就是如何准确地测出空气中氧气的含量。
不管是教材中的设计还是一些资料上的改进，思路可谓经典，但实际操作中仍有很多困惑。
一、原实验存在的问题
1.实验前，集气瓶（或钟罩）内上升的水在容器中所占体积分数的划分较为复杂；实验中，红磷燃烧至完全冷却约需15 min左右，耗时太多。
2.实验存在一些明显的不足之处：
首先，经色谱分析，红磷在集气瓶瓶内燃烧结束后，瓶内仍有7%以上的氧气剩余，若用上教版教材中图2实验装置进行实验，实验的测定结果一般约为15%。
其次，实验时都必须在容器外点燃红磷后再伸入容器内，燃着的红磷伸入容器内时，容器内的空气一定会发生膨胀，造成部分空气被排出，导致实验结果不准确。
3.在酒精灯上点燃红磷时，生成的五氧化二磷颗粒以白烟的形式扩散到空气中会污染环境。
二、改进实验
在实际的化学教学中，为了提高化学实验的科学性和准确性，笔者对此实验进行了改进，借鉴了同行一些好的做法，设计了如图3所示，效果比较理想的改进实验。
1.实验设计思路
利用还原性铁粉的活泼性消耗试管内的氧气，导致试管内压力下降，从而使其外界大气压的作用下将量筒内的水慢慢压进横放的试管中，根据量筒中液面移动的水量就能求出试管中氧气的体积，从而计算出氧气的体积分数。
（2）先检查气密性，后关闭止水夹。
（3）先用胶头滴管在10cm×5cm滤纸上均匀滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再将还原性铁粉
0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均匀铺在滤纸上，将滤纸放入试管，迅速塞紧橡皮塞，将试管固定在铁架台上，导管伸入装有15 mL水的量筒中。
4.改进后实验的优点
（1）实验装置简单，实验原理正确。常州的江军老师在类似铁的吸氧腐蚀装置中用氧气传感器测量了体系中O2的含量变化，O2含量在162s内从最初的21%逐渐下降到0。
（2）操作简单，装置始终处于密封状态，实验数据准确。
（3）药品用量少，不需加热，无污染更加环保。
5.实验说明
（1）还原性铁粉易氧化，实验前最好选用新试剂。农村学校也可以用市场上暖宝宝中的铁粉代替。
（2）活性炭粉在使用前需要烘干。
（收稿日期：2014-11-10）
测定空气中的氧气含量的实验是初中化学中的一个重要的定量实验，在做“测定空气中氧气含量的体积分数”这一实验时，很难达到理想的效果，笔者用图1和图2所示装置做过多次，都未能达到理想的效果。
上一套人教版教材九年级《化学》（全一册）课本上第7页所示的装置如图1所示，其方法是将钟罩放入盛水的水槽中，以水面为基准线，将钟罩水面以上容积分为5等分，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的（如图1）。
图1图2
现行根据2011新课标修订的初三化学沪教版、人教版、粤教版等多套教材中，都使用如图2的实验装置。其方法是在集气瓶内加入少量水，再将集气瓶水面以上容积划分为5等份，通过红磷燃烧消耗氧气，然后观察进入水的体积来测定的。尽管教材版本变化多次，但该实验的目的只有一个，就是如何准确地测出空气中氧气的含量。
不管是教材中的设计还是一些资料上的改进，思路可谓经典，但实际操作中仍有很多困惑。
一、原实验存在的问题
1.实验前，集气瓶（或钟罩）内上升的水在容器中所占体积分数的划分较为复杂；实验中，红磷燃烧至完全冷却约需15 min左右，耗时太多。
2.实验存在一些明显的不足之处：
首先，经色谱分析，红磷在集气瓶瓶内燃烧结束后，瓶内仍有7%以上的氧气剩余，若用上教版教材中图2实验装置进行实验，实验的测定结果一般约为15%。
其次，实验时都必须在容器外点燃红磷后再伸入容器内，燃着的红磷伸入容器内时，容器内的空气一定会发生膨胀，造成部分空气被排出，导致实验结果不准确。
3.在酒精灯上点燃红磷时，生成的五氧化二磷颗粒以白烟的形式扩散到空气中会污染环境。
二、改进实验
在实际的化学教学中，为了提高化学实验的科学性和准确性，笔者对此实验进行了改进，借鉴了同行一些好的做法，设计了如图3所示，效果比较理想的改进实验。
1.实验设计思路
利用还原性铁粉的活泼性消耗试管内的氧气，导致试管内压力下降，从而使其外界大气压的作用下将量筒内的水慢慢压进横放的试管中，根据量筒中液面移动的水量就能求出试管中氧气的体积，从而计算出氧气的体积分数。
（2）先检查气密性，后关闭止水夹。
（3）先用胶头滴管在10cm×5cm滤纸上均匀滴上0.3 mL 1 mol/L NaCl溶液，再将还原性铁粉
0.2 g和活性炭粉0.25 g充分混合后均匀铺在滤纸上，将滤纸放入试管，迅速塞紧橡皮塞，将试管固定在铁架台上，导管伸入装有15 mL水的量筒中。
4.改进后实验的优点
（1）实验装置简单，实验原理正确。常州的江军老师在类似铁的吸氧腐蚀装置中用氧气传感器测量了体系中O2的含量变化，O2含量在162s内从最初的21%逐渐下降到0。
（2）操作简单，装置始终处于密封状态，实验数据准确。
（3）药品用量少，不需加热，无污染更加环保。
5.实验说明
（1）还原性铁粉易氧化，实验前最好选用新试剂。农村学校也可以用市场上暖宝宝中的铁粉代替。
（2）活性炭粉在使用前需要烘干。
（收稿日期：2014-11-10）
