测定空气中氧气含量实验的改进

刘魏毅 刘润泽

一、问题的提出

人民教育出版社、课程教材研究所和化学课程教材研究开发中心编著的义务教育教科书化学九年级上册第27页实验2-1中提到，在集气瓶中加入少量水，并将水面上方空间分成5等份，如图1所示。用弹簧夹夹住乳胶管，点燃红磷，伸入瓶中并塞上瓶塞，待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察广口瓶内水面变化情况。

利用该装置按照教科书上所描述的步骤操作，实验结果偏小，表现为水进入瓶中的体积不到1/5。

二、教科书实验设计缺陷分析

教科书中介绍的实验主要存在以下几个缺陷。

1.易漏气

装置气密性难以把控，导致集气瓶外的空气进入集气瓶；导管中没有注满水，当红磷燃烧并冷却后，进入的水会部分残留在导管中，导致实验结果出现误差。

2.说服力弱

在点燃红磷伸入广口瓶内、塞紧瓶塞之前的过程中，空气受热膨胀，从导管逸出，使容器产生负压，瓶外的空气也有可能进入瓶中。气体有进有出，两者体积是否相等不得而知，因此进入广口瓶的水面高度没有说服力。

3.误差太大

廣口瓶没有刻度，肉眼不容易判断水的体积是否为1/5；按照教材中的说明进行操作，水都达不到1/5体积。红磷在燃烧时，即使过量也不能完全耗尽装置内的氧气，测量结果会偏小。

笔者用氧气传感器多次实测磷燃烧后残余的氧气量，当红磷燃烧熄灭直至冷却后，装置中的氧气含量为6.2%至7.8%，白磷燃烧后装置中残余氧的含量为2.2%至2.9%，多次实验结果基本一致。

三、改进方法

方案一

取黄豆大小的白磷放入大试管，立即塞紧橡皮塞，用酒精灯加热至白磷燃烧，冷却后将试管倒插在水中，拔去塞子，水立即进入试管。在水中塞紧塞子后把试管拿出水面，测出水的体积，恰好占试管体积的1/5。也可将白磷放入100ml的注射器，按图2所示操作。

方案二

用焦性没食子酸的碱性溶液吸收测定空气中的氧气含量。称取30g氢氧化钾或氢氧化钠于250ml烧杯中，加160ml蒸馏水溶解，取焦性没食子酸30g加入上述溶液，搅拌溶解。加5ml该液体于大试管中，塞紧橡皮塞，将试管倒插在水中，拔去塞子，水立即进入试管，再在水中塞紧塞子后把试管拿出水面，用量筒测出水的体积，恰好占试管体积的1/5。