“测量空气中氧气含量”的改进实验

吕淑君

(浙江省宁波市海曙区段塘学校 315000)

一、创新来源

“测量空气中氧气含量”的实验选自华师大版《科学》七年级下册第二章第二节“空气的成分”第一课时，这个实验既是这节课的重点，也是这节课的难点.教材上选用集气瓶、烧杯、燃烧匙、弹簧夹、玻璃导管、橡胶塞等仪器组成实验装置，选取红磷和水作为实验药品.通过燃烧红磷消耗集气瓶中的氧气，最后以进入集气瓶中水的体积占集气瓶总体积的比例求出空气中氧气的体积分数.

分析教材实验，虽然它的装置和药品简单易得，装置容易搭建，操作也比较简单，但由于实验装置和实验药品本身的限制，这个实验也存在一些不足，比如：

1．在集气瓶外点燃红磷，生成的P2O5白烟有毒，排放到空气中会污染空气.

2．将红磷伸入集气瓶、塞紧瓶塞的瞬间，红磷燃烧放出的大量热量使瓶内空气体积膨胀，部分空气逸出，使测定结果不准确.

3．集气瓶形状不规则，分五等分时不够准确.

4．实验中用到的水是无色的，而集气瓶也是无色的，水进入瓶内现象不明显.

针对以上原实验的不足，笔者对本实验进行了改进.用均匀的玻璃管替代集气瓶，作为消耗氧气的容器，可以非常容易地将容器分为五等分；用白磷替换红磷，着火点低，节约加热的时间；容器外加热白磷变为用玻璃棒在容器内引燃白磷，又将水改为蓝色的硫酸铜溶液，颜色鲜明，且在一定程度上溶解有毒的五氧化二磷，环保安全.

二、实验装置图

实验装置如图1所示.

三、实验原理

在密闭玻璃管中，过量的白磷燃烧时，完全消耗玻璃管空气中的氧气，装置冷却后玻璃管中的气压减小，外界大气压大于装置内气压，硫酸铜溶液被压入到玻璃管中，进入的液体的体积即为空气中被消耗的氧气体积，液体上升的高度与玻璃管的总长的比例，就为氧气在空气中的体积分数.

四、材料准备

直径3cm、长度25cm的直玻璃管2根；燃烧匙；玻璃棒；6号橡胶塞3个；2根长短合适的玻璃导管；橡皮导管；止水夹；镊子；铁架台；酒精灯；滤纸；火柴、烧杯、白磷、硫酸铜溶液.

五、制作方法

1．将第1个橡皮塞打孔(不打穿)，插入玻璃棒.

2．将第2个橡皮塞打一小一大的2个孔，小孔不打穿用于插入燃烧匙，大孔打穿用于插入玻璃导管.

3．用尖嘴钳将燃烧匙的勺口朝上，并弯成90°角.

4．将燃烧匙插入第2个橡皮塞的不打穿的小孔中(如图2所示).

5．玻璃导管插入第2个橡皮塞打穿的大孔中，并将第3个橡皮塞也打穿1个孔，插入玻璃导管，2个橡皮塞中的玻璃导管用橡皮管连接，套上止水夹(如图3所示).

6．将上述第1个橡皮塞塞入两端开口的玻璃管上端管口(玻璃管事先用红色贴纸将其分成五等分)，并固定在铁架台上(如图4所示).

7．将另一个两端开口的玻璃管也固定在铁架台上(如图5所示).

8．将上述第2、3个橡皮塞分别塞到2根玻璃管的下端(如图6所示).

9．在烧杯中装入适量硫酸铜溶液(如图7所示).

六、实验步骤及现象

1．组装实验装置，并打开止水夹.

2．将硫酸铜溶液沿右侧直玻璃管倒入，使下方的导管充满液体，至左侧直玻璃管下方玻璃导管口恰好出现液体，夹紧止水夹(如图8所示).

3．继续在右侧玻璃管中倾倒适量的硫酸铜液体(如图9所示).

4．点燃酒精灯，加热玻璃棒，再快速放回左侧玻璃管中引燃白磷，塞紧橡皮塞，可见白磷迅速燃烧，产生大量白烟.

5．燃烧结束后，静置一段时间，等待装置完全冷却.

6．打开止水夹，观察到右侧玻璃管中的蓝色硫酸铜溶液进入左侧玻璃管内，等液体停止流动时，调整右侧玻璃管的高度，使左右两侧的液面相平.

7．观察现象，发现左侧玻璃管的液体体积约占左侧玻璃管的1/5，即氧气的体积约占空气体积的1/5(如图10所示).

七、设计特色

1．用加热过的玻璃棒引燃玻璃管内的白磷，有效避免白烟污染空气的问题，且大大降低空气受热逸出的可能性，使实验结果更准确.

2．用均匀的直玻璃管作反应装置，将容器分为五等分更容易.

3．用蓝色的硫酸铜溶液代替水，液体进入容器内的现象更明显，且产生的有毒P2O5能溶解在溶液中，防止危害健康.

4．将装置设计成U型，可以避免由于液体压强对实验产生的影响.