空气中氧气体积含量测定实验的新设计

2016-03-16杨国萍齐俊林

化学教学 2016年3期

杨国萍齐俊林

摘要：现行九年级化学教材中测定空气中氧气含量的实验方法误差较大且污染空气，教学效果很不理想。为此，利用玻璃瓶、燃烧匙、粗铜丝、蜡烛和烧杯等器材，通过精心设计、巧妙组合，制成了简单易行的“空气中氧气体积含量测定实验装置”，不仅使教材中原实验方法存在的问题迎刃而解，而且培养了学生的综合实验能力以及创新精神，增强了学生的环保意识。

关键词：氧气含量；测定实验；装置改进；实验设计；环保意识

文章编号：1005–6629（2016）3–0057–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

在现行九年级化学教材中，无论是人教版[1]，还是沪教版[2]有关测定空气里氧气含量的实验方法都是相同的（如图1所示）。此种方法尽管简单、易于操作，但也存在着不妥之处。其一，点燃的红磷放置到集气瓶的过程中，无论动作多么迅速，都不可避免地使瓶内的空气受热膨胀而外逸，最终造成测定空气中氧气含量偏大；其二，由于燃烧时瓶内压强过大，向外顶出橡胶塞，造成密封不严，导致漏气现象发生，致使测定空气中氧气含量偏小；其三，若橡胶塞塞得很紧，以保障实验过程不漏气，则燃烧时瓶内压强瞬间增大，玻璃瓶容易爆裂，造成实验失败或危及师生安全；其四，红磷在瓶外点燃时，生成的五氧化二磷（白烟），造成室内粉尘污染，影响师生健康。近年来，一些教师进行了大胆改进，共同目的都是试图通过改变在瓶外点燃红磷为瓶内点燃，以解决测定不准确和五氧化二磷的污染问题，但仍然存在这样或那样的问题。有的实验[3]通过凸透镜照射瓶内白磷致其燃烧，受外界条件（如天气）的影响较大，更不适合在室内进行实验（如图2所示）；有的实验[4]加热红磷的方法很难实现（如图3所示），这是因为一般的铁片在电磁炉上很难形成涡流而被加热；有的实验[5]在瓶外加热玻璃棒后再伸进瓶内点燃白磷（如图4所示），炽热的玻璃棒在伸进瓶内的过程中仍然可使瓶内气体受热膨胀且通过瓶口外逸，造成实验误差，导致氧气含量过大；还有的实验[6]水浴加热锥形瓶内的白磷以实现将其点燃之目的（如图5所示），此法虽然可以点燃白磷，但作者没有考虑锥形瓶塞紧胶塞时，加热锥形瓶以及白磷燃烧时因瓶内气体瞬间膨胀而带来的后果。以上列举的实验改进实例尽管没有在瓶外空气中点燃磷及其插入瓶内的过程，解决了磷在瓶外点燃造成空气粉尘污染问题，但忽视了加热磷或磷燃烧时会使密封在瓶体内的气体瞬间膨胀，导致瓶塞被顶出或瓶体炸裂，从而导致测量氧气的含量低或带来安全隐患。究其原因，主要加热磷和磷燃烧是在一个密闭的刚性容器中进行的，容器本身不能自行调节内部压强的变化。为此，我们对该实验进行了认真研究，利用玻璃瓶、燃烧匙、粗铜丝、蜡烛等材料，设计出了较为理想的实验方法，很好地解决了实验中测定不准、污染空气、安全性差、受外界条件影响较大等诸多问题。

玻璃瓶（瓶口内径：4.3cm；外径：5cm；瓶高：25cm）1个、粗铜丝（直径约1.4mm，20cm长）、粗铁丝（10cm）、蜡烛（2cm）1段、燃烧匙1个、10号橡胶塞1个、铁钳1把、火柴1盒、烧杯（5000mL）1个、小刀1把、玻璃片1块、红色胶带若干

白磷、红磷、冷水、高锰酸钾晶体、凡士林

2.1 加工玻璃瓶

取1个玻璃瓶，用玻璃打孔器在底部的中央位置打1个直径3cm的透孔（如图6所示）。将瓶子的体积分成6等份，然后沾上红色胶带条作为标记（如图7所示）。

2.2 制作蜡烛支座

取1根粗铁丝，用铁钳弯成一个蜡烛支座（如图8所示）。

2.3 导热铜丝加工

取1根粗铜丝，用铁钳弯成一端螺旋状的直角导热铜丝（如图9所示）。

2.4 橡胶塞的组装

取1个10号橡胶塞，在其中央位置插入导热铜丝，在导热铜丝的一侧穿过橡胶塞插入燃烧匙的铁柄，然后将铁柄上端弯成直角，在橡胶塞上下的燃烧匙的铁柄上涂上凡士林；橡胶塞大头端的下方横插蜡烛支座；调整导热铜丝和蜡烛支座，使导热铜丝螺旋状部分与蜡烛支座上下对齐；调整上下燃烧匙，使導热铜丝的下端正好在燃烧匙的勺子里（如图10所示）。