“暖贴”除氧快速测定空气中氧气体积分数

吴长顺+�お�

1实验的改进背景与目的

化学教材中测定空气中氧气的体积分数，人教、沪教、湘教版采用“磷燃烧法”测定，鲁教版采用“铜粉作为脱氧剂”的方法测定，均没有采用铁粉作为脱氧剂的方法来测定的。主要原因是铁粉除氧速度慢、耗时长。实际上，铁粉作为脱氧剂也是可行的，如果速度能提上来，实验现象明显，比“磷燃烧法”、“铜粉作为脱氧剂法”更好。

目前市场上出现了各种各样御寒的“暖贴”，其发热原理就是利用铁缓慢氧化生锈放出热量。所以笔者开始有目的探究“暖贴除氧反应”是否快速可行，经过反复实验验证，反应速度快且效果显著。

市场上有大量带刻度的试管销售，其优点是带有刻度，反应后可直接读取计量数字，减少转移测量过程，这给有些定量化学实验的简约化，带来了很大的方便，也给用“暖贴”测定空气中氧气体积分数的定量实验提供了优化、改进、创新的条件。

2用“暖贴”测定空气中氧气体积分数的必要性

2.1磷燃烧法无法逃避的几个问题

（1）磷燃烧产生的污染物的处理。

磷燃烧会产生五氧化二磷，极易与水反应生成磷酸或有毒的偏磷酸，人体可吸入、食入或经皮肤吸收，危害健康。五氧化二磷对呼吸道有刺激性，眼睛接触可致灼伤，造成永久性损害；皮肤接触会导致严重灼伤。

（2）过量白磷的处理。

由于白磷有剧毒，要除去过量的白磷，给实验操作增加复杂性。

（3）燃烧膨胀造成的安全隐患的排除。

（4）实验普及性有难度，教材多以演示实验的方式呈现。

（5）实验精度无法保障。

2.2铜粉除氧无法逃避的几个问题

（1）燃烧膨胀造成的安全隐患。

（2）实验装置的稳定性问题。

（3）由于装置相对复杂，实验的普及性较低。

测定空气中氧气含量实验是中学化学第一个定量实验，也是最典型的教学型实验。做好空气中氧气含量的测定实验，对学生学习化学具有很大的辅助与启蒙作用。虽然很多人改进了测定实验，但要达到精确、安全、快速、简约、低成本的目的，笔者在刻度试管中使用“暖贴”除氧就能够顺利实现。

3使用“暖贴”除氧完成实验

“暖贴”中含有高纯度、极细优质的铁粉，活性炭，食盐，蛭石粉等。高纯度、极细优质的铁粉大大增加了反应接触面积；活性炭有极强的吸水性，保持反应物的浓度；食盐加快了铁生锈的速度；蛭石粉膨化起到保温作用。通过反复实验确认，“暖贴”除氧在刻度试管中进行可以快速、安全、准确、简约、低成本地实现测定空气中氧气的体积分数。达到了操作简单，成本低，过程环保、安全，现象明显，误差小，微型化，便于普及推广的目的。

3.1实验仪器及试剂

30 mL有刻度试管、小烧杯、配套的橡皮塞、药匙、“暖贴”1袋、蒸馏水。

3.2實验操作

（1）将刻度试管放在水中润湿，剪开“暖贴”，用药匙取暖贴中的药品（含铁粉、食盐等）约2药匙（过量），送入试管内，用橡皮塞盖紧后摇匀。

（2）大约2.5～3 min左右，将试管倒插入装有冷水的烧杯中一会儿，在水下取出塞子让水进入试管后再塞紧橡皮塞，取出刻度试管。

（3）将试管正放，读出试管内水的体积约为56 mL。

4改进的意义

4.1操作更加安全

“暖贴”除氧法相对于磷燃烧法，有效排除了反应系统内因燃烧体积膨胀导致瓶塞弹出的危险，更加安全。

4.2误差小

采用刻度试管，读数比原实验中的估读更准确；实验在相对密闭的体系中进行，减少了空气的逸出与进入；不另用导管连接烧杯“引水”，避免了原实验中有水滞留导管而造成的误差。铁生锈除氧率比磷燃烧除氧率高，实验误差小。

4.3操作简单、实验耗时短、获取多元知识

由于刻度试管的使用，操作更加简单。用“暖贴”除氧速度快，加深了学生对铁生锈条件的理解，还能通过该实验体会“暖贴的使用原理及铁生锈的好处”，培养学生正确认识物质利弊的辩证思想。

4.4更加环保

利用“暖贴”中铁快速生锈消耗空气中的氧气生成铁锈固体，有效避免了磷燃烧产生有害的五氧化二磷，更加环保。

4.5利于普及为学生实验

由于操作简单安全，耗时短，现象明显，成本低廉，实验成功率高，可以作为学生实验普及、推广。

收稿日期：2017-03-04