空气中氧气含量测定实验的改进

钟德明

人教版九年级化学上册实验2-1中测定空气里氧气含量所需要的仪器设备都比较常见，操作流程简单明了，现象直观，容易引导学生得出结论。但是我们看到集气瓶内的水增加量有时多于1/5，有时少于1/5。为了让这个实验更能准确环保论证氧气约占空气总含量的1/5，该实验应当进行简单的改进。

一、教材中实验方法易产生误差的原因

首先是集气瓶内气体体积减少量小于1/5的误差分析，原因有这些：第一种，装入燃烧钥匙的红磷量不够多，以至于使瓶内氧气不能耗尽。当然靠燃烧的办法耗尽瓶内氧气是不可能的，我们只能做到使氧气含量达到最低水平。第二种，装置气密性差，而使空气缓慢进入集气瓶内。可能是由于瓶塞不严密，也可能是因为燃烧匙与瓶塞之间有间隙等原因。第三种，燃烧熄灭以后马上打开弹簧夹，也就是集气瓶内空气还未恢复到室温就打开弹簧夹，这样由于剩余空气温度高于原来的温度而使体积膨胀，让进入瓶内水的体积更少。其次是集气瓶内气体体积减少量大于1/5的误差分析，原因有这些：第一，可能是人为的偶然误差，那就是点燃红磷以后瓶塞与集气瓶对接的速度太慢，而此时燃着的红磷已经在加热集气瓶内的空气，集气瓶内的空气受热膨胀，一小部分被挤压到空气中。第二，由于实验开始的时候没有夹紧弹簧夹，等你把导管的右端插入水中时已经有部分膨胀的热空气从导管中排出。这样也会造成进入瓶内水的体积大于1/5。最后，因为集气瓶的不规则，使得划分五等分的刻度不均匀，这样也会产生误差。

二、对空气中氧气含量测定演示教学实验的改进

在按照教材所指出的操作流程反复去做实验以及探究以后，与改进后的实验进行对比发现要能比较成功的做出该实验结果，必须明白这几个注意事项：第一，整个实验必须是在密闭体系里边完成，确保装置不漏气，使得结果准确，而且能避免生成的五氧化二磷的零排放，关于尾气五氧化二磷的零排放笔者在改进实验中会详细介绍。第二，要使实验前后密闭体系内的空气的温度和压强相等，这样才能消除温度、压强的干扰测出空气体积的变化。第三、实现密闭体系中引燃可燃物是关键的步骤，这样就能最大限度减小误差。第四、对反应前密闭体系中空气体积的五等分要做到均匀，且刻度线够细小直观。

1.改进实验所用器材及药品试剂

（1）改进实验所需的器材：两只废旧底部穿孔规格为18×180的试管、一只规格为15×150的試管、四只橡胶塞、两只5cm玻璃导管、一根15cm橡胶导管、玻璃锉刀、水槽、实验室用片冰机、滴管、橡胶手套、铁架台、直尺、酒精灯、1000ml烧杯。

（2）改进实验所需的药品及试剂：白磷、紫色石磊试剂、碎冰。

2.改进实验的操作步骤

（1）用玻璃锉刀将底部穿孔废旧试管制成两只等长的玻璃管，然后用橡胶塞、玻璃导管、橡胶管将玻璃管连接成连通器。

（2）在连通器的左端将带燃烧匙的橡胶塞塞进管口，塞紧，然后检查装置气密性，方法是在右端管口倒入适量的水如果水不会进入左端，说明气密性良好。

（3）先将连通器固定在铁架台上，倒入适量的水，这时连通器左右两边的底部都有少量的水;然后将窜好橡胶塞并装填了白磷的燃烧钥匙塞入连通器左端管口，塞紧橡胶塞;再将连通器尽最大限度浸入冰水浴中;静置15分钟，松开夹连通器右端玻璃管的铁夹，调整液面高度，使连通器内左右两端液面高度一至;最后用直尺测量左边玻璃管0至1处位置的长度，并记录。

（4）撤走冰水浴，换成90℃的热水浴，固定装置，静置一片刻，注意观察白磷的燃烧以及连通器内左右两边水的液面变化。

（5）待白磷自然熄灭以后，将热水浴换回冰水浴，静置15分钟;通过调节连通器右边玻璃管的高低，使连通器左右两边液面持平;用直尺测量1至2处的长度，并记录。

（6）撤掉冰水浴，在连通器右端玻璃管口塞入无孔橡胶塞;然后按住左端的橡胶塞轻轻地将燃烧钥匙往上拽一段距离;再取下连通器轻微震荡连通器左边玻璃管，注意避免燃烧匙内燃烧残留物洒落在连通器内的水中;静置片刻，打开连通器两端上管口的橡胶塞。

（7）在连通器左边玻璃管口滴入几滴紫色石磊试剂液，观察颜色变化，并记录颜色变化;最后将废液倒入回收罐内，洗涤、整理仪器。

3.改进实验的结果处理以及结论推导

根据实验记录，在步骤c中测得0至1处长度为7.0cm，在步骤e中测得1至2处的长度为1.4cm，数据处理：用1.4cm比上7.0等于1/5。实验测出长度的数据可能会因人而异，但是比值应该是接近的;实验结论：氧气在空气中所占体积分数为1/5。

三、改进实验的优点分析

（1）本实验实现了尾气零排放，在步骤f中轻微震荡连通器左边玻璃管是为了使燃烧产物五氧化二磷烟雾颗粒充分被水吸收，因为五氧化二磷能溶于水，放出热量，先生成偏磷酸，最后转化为正磷酸，滴入紫色石磊以后溶液显红色，说明五氧化二磷已经转化成了正磷酸，具有高毒性的五氧化二磷烟雾就不会排放到空气中污染环境，实现零排放的绿色化学实验。

（2）与教材中的实验装置相比，改进后所用的部分实验器材，实现了废物利用，节约资源，符合教纲所提倡的主旨。

（3）改进实验实现了在等温、等压条件下计算燃烧耗尽的空气中氧气体积，两次冰水浴，使得连通器左边密闭气体的温度都接近零摄氏度，而不会因为在常温下做该实验室时，大自然中的气温忽高忽低影响结果，同时通过调节连通器右边玻璃管的高度，使连通器左右液面高度一致，从而实现都在一个大气压条件下，测量密闭气体空间的长度。

（4）改进实验的关键点，是能在连通器左边玻璃管密闭体系里引燃白磷，这样避免了教材中引燃红磷后，再塞紧瓶塞，造成空气因受热膨胀而溢出的误差。

（5）不用将不规则容器的体积划分成五等分，只需测量1至2和3至4的长度，这样操作简单，并且能准确测出空气体积变化。