§1 快速《测定空气中氧气的体积分数》
原创作者：江苏省徐州市科技中学 李 敏
（可以转载，但不能故意抹掉或假冒原创作者）
初中化学《测定空气中氧气的体积分数》的实验，目前在各种教材中介绍的方法有两种，一种是用
钟罩、水槽装置，燃烧红磷法（如图1所示）；另一种是用广口瓶、烧杯、长导管等装置，燃烧红磷
法（如图2所示）。两种方法的共同点是用红磷燃烧消耗容器中的氧气产生负压，使水进入容器，证
明氧气的体积分数约占空气的1/5，笔者在实验过程中感到有些问题：
1 红磷的着火点较高，红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持
红磷燃烧，即红磷燃烧仅消耗70%-80%左右的氧气，所以水面不可能达到1/5的理想高度（可用电热
点火法检验出来）；
2 实验者当把燃烧的红磷插入容器中无意或故意不立即塞紧橡胶塞，使容器里一部分受热膨胀的空
气外逸，在容器温度还没降到室温的情况下就产生了负压，水面高度也能达到甚至超过1/5，学生看
到的是一个实验成功的假象，但是却失去了实验的真实性和科学性。
笔者介绍一种快速《测定空气中氧气的体积分数》的方法：
1准备（如图 3所示）: 取一支18×180mm的试管，加单孔橡胶塞，孔中插一根3cm长的短玻璃导管，
玻璃导管上加一段4cm长的乳胶管，把乳胶管折回，用弹簧夹夹住，试管密闭。用500mL烧杯备200mL
浓度大些的硫酸铜溶液，再备500mL水、一盏酒精灯、5克白磷。
2实验步骤：
2.1 取黄豆粒大小的一块白磷，用滤纸擦干水，立即放入准备的试管里，塞上带乳胶管和弹簧夹的
橡胶塞密封（如图 3所示），试管在酒精灯上稍作烘烤，白磷就燃烧起来，振荡试管，防止白磷粘
在试管壁上。
2.2 1min左右试管内不再产生白烟，撩起擦洗试管4~5次，试管温度迅速降到室温。
2.3 把试管倒插入硫酸铜溶液里（如图 4所示），打开弹簧夹，硫酸铜溶液立即沿乳胶管进入试管
（如图 5所示），捏住乳胶管，把试管从硫酸铜溶液中取出，正立试管观察，液面高度大约是试管
如何测定空气中氧气体积分数
测定空气中氧气体积分数的实验是一个非常重要的知识点，在各种
考试中经常考到，从普通的单元测验到竞赛都会经常涉及。下面从几方
面与同学们深入探讨一下这个实验：
一、测定原理：
测定空气中氧气体积分数的实验原理是：选择一种能在空气中燃
烧，燃烧时只与空气中的氧气反应而不与空气中其他气体反应的固体
物质（如红磷、白磷等），利用过量的该物质将空气中的氧气完全消
耗，生成固体物质，使密闭容器内气体体积减小（减小的体积即为氧气
的体积），气体的压强减小，引起水面变化，从而确定空气中氧气的体
积分数。
需要注意的是：
1.所选物质与氧气反应的生成物必须是固体（因此碳、硫不可选
用）【注意：若生成物为气体，也可将水换成易吸收该气体的液体，如
氢氧化钠溶液】。
2.所选物质必须能在空气中燃烧（因此铁不可选用）。
3.所选物质应过量，使氧气完全反应。利用所选物质只与空气中的
氧气反应（不生成气体）而不与空气中的其他气体反应，使容器内压强
减小，让水进入容器。测定进入容器内水的体积，即为空气中氧气的体
积。二、测定空气中氧气体积分数的常见实验装置和方法：
【装置一】按如图所示装置实验，以水槽中水面为基准线，将钟罩
水面以上容积分为5等份。在燃烧匙内盛过量红磷，用酒精灯点燃后，
立即插入钟罩内，同时塞紧橡皮塞，观察红磷燃烧和水面变化的情况。
1.实验现象：
（1）钟罩内充满浓厚白烟；
（2）冷却后白烟消失，钟罩内水面上升了约占钟罩体积的1/5。
2.实验结论：
（1）红磷燃烧消耗的是空气中的氧气，氧气约占空气体积的1/5。
（2）氮气不支持燃烧，本身也不能燃烧，且氮气不溶于水。
3.实验注意事项：
（1）可用来反应的物质必须是易与氧气反应且没有气体生成的物质（如红磷），木炭、硫（因生成气体）不能用作测定氧气含量的反应
物。
（2）所用来反应的物质必须足量或过量（保证把钟罩内的氧气消
耗完全）。
（3）容器的气密性必须良好。
（4）应冷却到室温时才测定进入容器内的水的体积，否则钟罩内
关于初中化学“测定空气中氧气体积分数”实验的反思与创新
文章编号：1008-0546（2016）06-0000-00 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.000
关于“测定空气中氧气体积分数”的知识点，是常州市化学第一学期期中考试的高频考点。笔者收集了“测定空气中氧气体积分数”各种改进装置，如下图所示。围绕这些装置，可以展开各种探究活动。
一、从多角度展开实验探究
1. 实验装置探究
课本实验装置的主要是集气瓶、烧杯，改进实验装置包括U型管、注射器、硬质玻璃管、量筒、水槽、钟罩等。对此，教师应理性地反思各种实验装置的设计思路，把构造简单、操作方便、现象直观的优秀的设计方案应用到我们的教学中。教师还可给出多种仪器选择，组装出更多的装置，小组讨论后找出优点。让学生自主探究，不仅可以使学生更加熟悉实验仪器，而且可以锻炼学生发散思维的能力，有利于培养学生的创新精神和实践能力。
2. 不同药品探究 由于初中生刚刚接触化学，对于燃烧什么物质把空气中的氧气消耗掉难以选择，教科书中使用的药品是红磷。教师可以引导学生思考并设计实验方案：能佛用铁丝、镁条、木炭、蜡烛代替红磷测定空气中氧气的体积分数？蜡烛或木炭不能代替红磷做实验，能否添加某种试剂把生成的二氧化碳吸收掉，使装置内压强减小呢？铜丝是没有可燃性的，但是为什么也能完成该实验？
学生通过分组实验探究活动，得出结论：测定空气中氧气体积分数的药品所需要满足的条件：第一，具有可燃性；第二，能与空气中氧气反应，且不与其他成分反应；第三，生成物最好是液体或固体，若是气体，必须要用其它物质完全吸收。
3. 热传递方式探究
通过观察各种改进装置，得出结论：热传递方式：酒精灯点燃、金属导热、放大镜聚光、热水浴、缓慢氧化放热等等。多种热传递方式，可以开阔学生思维，拓展视野。
第 1 页 共 3 页 聚焦空气中氧气体积含量的测定
测定空气中氧气的含量是初中化学的第一个定量实验，也是中考化学的命题热点，旨在考查学生的基础知识、实验能力和创新能力。现根据反应原理进行分类探讨，助力学生中考。
一、红磷(或白磷)燃烧型
例1 为验证空气中氧气的体积分数，小明按图1中甲所示的装置进行了多次实验，发现每次测得的氧气体积分数总是远小于21%，他认为误差主要由实验装置造成，于是改用乙装置进行实验。步骤如下:
①连接装置并检查气密性。
②在量筒内加入100 mL的水。
③在广口瓶中加入少量水，使瓶内空气体积为250 mL。
④在燃烧匙内放入过量的红磷，塞紧瓶塞，关闭止水夹，接通电源使电烙铁发热，点燃红磷后，断开电源。
⑤燃烧结束并充分冷却后，打开止水夹，待量筒内水面不再下降时，记录量筒内水的体积为65 mL。
(1)小明按甲装置进行实验时，该如何检查装置的气密性? 。
(2)与装置甲相比，装置乙中使用电烙铁可以减小实验误差，其原因是 。
(3)根据本实验数据，计算出空气中氧气的体积分数为 。
小明发现，测量结果与真实值仍有较大差距，查阅资料发现，引起本实验的误差除装置外，还与可燃物的性质有关。
解析:该题注重课本实验的改进，“源于课本，高于课本”，重点考查学生的思维能力和创新能力。(1)检查此装置的气密性时，可将导管一端插入水中，用手紧握广口瓶外壁，观察水中的导管口是否有气泡冒出，如果有气泡冒出，则说明装置气密性良好。(2)装置乙中使用电烙铁在密闭的集气瓶中点燃红磷，避免了瓶内空气外逸而造成的实验误差。(3)量筒内减少的体积为氧气的体积，氧气的体积为100 mL65 mL=35
