“空气中氧气含量测定实验”的改进

空气中氧气含量测定实验的优化改进作者：王胤琪，陈栋梁，徐晓明来源：《中小学实验与装备》 2016年第5期湖北省通山县实验中学(４３７６００)湖北省通山县职业教育中心(４３７６００) 王胤琪陈栋梁徐晓明空气里氧气含量的测定是人教版化学课程教材中一个非常经典的探究实验,教材虽然经过了多次的修订和改版,但始终都是使用红磷作为测定空气里氧气含量的实验药品.笔者在实验时发现,红磷在储存过程中容易潮解,从试剂瓶里取出的红磷往往都是潮湿的,若要把红磷引燃则要花很长的时间,在把燃烧匙中燃着的红磷伸入集气瓶的过程中,产生的P２O５不可避免地扩散到空气中.本文对上述问题进行了改进,缩短了反应时间,杜绝了P２O５的扩散.１改进后的实验装置改进后的实验装置如图１、图２所示.２实验仪器和试剂(１)实验仪器:烧杯,具支试管,试管夹,玻璃管,乳胶管,止水夹,玻璃棒,橡胶塞,酒精灯.(２)实验试剂:白磷,CuSO４溶液.３实验步骤和现象(１)按图１所示的装置连接实验仪器,取一粒黄豆大小的白磷,用滤纸吸干表面的水放进具支试管里,取出带橡胶塞的玻璃棒,调整塞进试管内的长度能够刚好接触到试管底部的白磷.将玻璃棒置于酒精灯外焰上灼烧,把灼热的玻璃棒深入具支试管内触碰白磷并塞紧胶塞,待燃烧结束试管冷却到室温打开止水夹,蓝色CuSO４溶液倒吸进入的量约占试管容积的１/５.剩余的白磷则与CuSO４溶液反应,消除其毒性.相关化学方程式为:(２)按图２所示的装置连接实验仪器,橡胶塞上的玻璃管一端扎紧一个小气球,取一粒黄豆大小的白磷,用滤纸吸干表面的水放进具支试管里,塞紧胶塞.将试管放在热水中引燃白磷,待燃烧停止试管恢复室温后打开止水夹,CuSO４溶液倒吸入试管.４改进后的优点(１)使用本改进装置进行实验所消耗药品(白磷)的量少,且白磷着火点低,比红磷更易燃烧,缩短了实验时间.(２)装置的连接处少,可有效防止因连接处漏气而导致的测量结果不准确.(３)使用有色的CuSO４溶液代替清水,不仅可以清晰显示容器内气压的改变,而且CuSO４溶液还可以与过量的白磷反应,起到消除白磷毒性的作用.收稿日期:２０１６－０７－１４。

探究空气中氧气的含量测定误差分析《探究空气中氧气含量的实验》误差分析在探究空气中氧气的含量测定实验中可以观察到，红磷燃烧，产生大量的白烟，放出大量热；打开弹簧夹后，烧杯中的水沿导气管进入集气瓶中，至约占集气瓶内空间的1/5。

红磷燃烧后生成固体五氧化二磷，使集气瓶中空气的压强变小，小于外界大气压。

在外界大气压的作用下，烧杯中的水进入集气瓶。

通过实验得知，空气中氧气的体积约占1/5。

实验时，燃烧匙里要盛入过量的红磷，红磷过量，足以使集气瓶中的氧气反应完，使测得氧气的体积更接近空气中氧气的实际体积。

这个实验还可推论出氮气不能支持燃烧；集气瓶内水面上升一定高度后，不能继续上升，可以说明氮气不易溶于水。

在这个实验中，为什么有时气体减少的体积小于1/5呢？导致结果偏低的原因可能有：（1）红磷的量不足；（2）瓶内氧气没有耗尽；（3）装置漏气（如塞子未塞紧、燃烧匙与橡皮塞之间有缝隙等），使外界空气进入瓶内；（4）未冷却至室温就打开弹簧夹，使进入瓶内的水的体积减少。

该实验中有时气体减少的体积大于1/5，又是为什么呢？原因可能是：（1）点燃红磷后，插入燃烧匙时，瓶塞子塞得太慢，使得瓶中空气受热膨胀，部分空气溢出。

（2）实验开始时，没有夹或没夹紧止水夹。

针对此实验可以展开如下拓展。

例题1：将足量的下列物质分别放在燃烧匙上点燃（或灼烧），分别放入四只如图所示装置的广口瓶中，立即塞紧橡皮塞，反应结束待冷却后，打开止水夹，导管中水柱上升最少的是放入哪种物质的装置？（）A.铁粉B.磷C.木炭D.镁解析：铁粉、磷、镁在空气被点燃后，生成物通常呈固态，而木炭燃烧后，虽然消耗了氧气，但是生成了二氧化碳气体，并且二氧化碳气体不能全部溶解于水，所以导管中水柱上升最少的是放木炭。

例题2：某班同学用如图所示装置测定空气里氧气的含量。

先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。

25．（6分）红磷在空气中燃烧产生的白烟能刺激人的呼吸器官，对人体带来毒害。

某化学兴趣小组对教材中“测定空气里氧气含量”的实验（见图I）进行了大胆改进，设计图（Ⅱ）（选用容积为45mL的18×180mm的试管作反应容器）实验方案进行，收到了良好的效果。

请你对比分析下面图I、图Ⅱ实验，回答下列有关问题：（1）图I实验中发生反应的文字表达式为：。

（2）图Ⅱ实验的操作步骤如下：①点燃酒精灯。

②撤去酒精灯，待试管冷却后松开弹簧夹。

③将足量红磷平装入试管中，将20mL的注射器活塞置于10mL刻度处，并按图Ⅱ中所示的连接方式固定好，再将弹簧夹紧橡皮管。

④读取注射器活塞的数据。

你认为正确的实验操作顺序是③①②④（填序号）。

（3）图Ⅱ实验中，注射器活塞将从10mL刻度处慢慢前移到约为 1 mL刻度处才停止。

（4）对照图Ⅱ实验，你认为图I实验有何不足之处？（回答一点即可）。

25、（备用题6分）小明用下图A所示装置测定空气中氧气的含量：（1）实验时，小明先在集气瓶中注入一定量水，目的是：降低集气瓶内温度和防止红磷燃烧产生的物质溅落下来炸裂瓶底；取下橡胶塞，点燃红磷后迅速伸入集气瓶中并旋紧橡胶塞，这时看到的现象是____________ _____，该反应的文字表达式为____ ________ _____________。

若集气瓶的容积为100mL，起初加入水的体积为20mL，那么水倒吸后，瓶中液体的总体积约为20 +（100—20）*20% = 36 mL。

（2）小明又设计了如下图B所示的改进装置，其优点是_装置密封，防止空气外逸，实验结果更精确_（只需写一点）。

加热红磷时，小明使用铜丝引燃，这是利用铜丝的导热性性，从理论上分析，玻璃管内液面最终将上升至____1____处（填“1”、“2”、“3”、“4”），但实测结果液面往往偏低，其原因可能是______________ ________________（只需写一条）。

《空气中氧气含量的测定》实验探究分析空气对于所有学生来说都是一种非常熟悉的物质，学生对于空气的组成已有一定的认识，例如：可通过可燃物的燃烧感知空气中含有氧气，通过绿色植物的光合作用和动植物的呼吸作用感知空气中含有二氧化碳和氧气，通过雨雾冰雪的形成感知到空气中存在水蒸气，通过对空气污染的了解知道空气中存在有害气体等。

虽然在小学自然课中学生学习过空气主要有氮气和氧气组成的结论，但对于空气中各种成分的含量是怎样测定的却没有深刻的认识。

基于以上认识，将空气的成分一节“空气中氧气含量的测定”设计成探究实验.该实验教育功能主要体现在以下几方面从知识与技能来看(1）了解空气的主要成分；(2）初步认识纯净物、混合物的概念，能区分—些常见的纯净物和混合物；2、过程与方法（1）通过对“测定空气里氧气含量”实验的操作、观察、分析，了解空气的组成;3、情感、态度与价值观(1)在探究过程中，能主动与人交流、讨论，清晰地表达自己的观点，逐步形成良好的学习习惯和科学的学习方法；【教学模式】调查与讨论，自主学习，实验探究等教学思路设计1、对于实验原理的研究空气是一种有多种气体组成的混合物，各种成分均匀的混合在一起，怎样才能测量出其中所含氧气的体积？问题一经提出，同学们便陷于了思考。

经小组讨论后，得出了两种不同原理的方法：将空气液化后，利用各种物质的沸点不同,升高温度使各物质依次分离出来,将所的氧气恢复为原来的温度和压强，将所得氧气的体积与原来空气体积做比较；或者利用可燃物质的燃烧将氧气反应掉,测量剩余气体的体积，这也是测量或和气体中某种气体体积含量的常用方法。

2、对于可燃物的选择能够和氧气反应的常见可燃物有许多，实验选择哪一种呢?对此我没有直接给出答案,而是首先给出木炭、硫磺、红磷、镁、铜分别与氧气反应的化学反应表达式，并且标出生成物的状态,让学生通过自己的思考、小组内的讨论去获得结论。

学生们在对实验原理理解的基础上，结合教师给出的信息，比较顺利的就将问题解决了，而且通过讨论也明确了药品选择的依据：能与氧气反应但不能产生气体。