利用鋼鐵的吸氧腐蝕測定空氣中氧的含量

賈同全

一、實(shí)驗(yàn)原理

將內(nèi)壁粘有還原鐵粉的玻璃管直立在盛有水的燒杯中，鐵粉發(fā)生吸氧腐蝕而生銹，消耗氧氣使玻璃管內(nèi)的水面上升，由此可以測量出空氣中氧氣的含量。有關(guān)反應(yīng)如下：

Fe(OH)2繼續(xù)與空氣中的O2作用，生成Fe(OH)3，再生成鐵銹 (Fe2O3?nH2O)。

二、實(shí)驗(yàn)試劑

飽和食鹽水、還原鐵粉。

三、實(shí)驗(yàn)儀器及其他用品

玻璃管、燒杯、坐標(biāo)紙、飲料吸管。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

(1)用剪刀在坐標(biāo)紙上剪下一段紙條，標(biāo)上刻度。將該紙條用兩面膠貼在玻璃管外壁上，使其上端刻度線與玻璃管上塞緊的橡膠塞下端平齊。用飽和食鹽水將玻璃管的內(nèi)壁潤濕均勻后備用。

(2)用剪刀將飲料吸管剖開，將還原鐵粉均勻撒進(jìn)由此形成的凹槽內(nèi)，然后將其伸入玻璃管內(nèi)，轉(zhuǎn)動玻璃管，使還原鐵粉均勻地黏附在玻璃管內(nèi)壁上，然后將吸管取出。

(3)將玻璃管直立在燒杯中，向燒杯中加入適量水，使水面到達(dá)“0”刻度線位置，用橡膠塞慢慢地塞緊上端管口，注意使玻璃管內(nèi)外的水面相平(如圖1所示)(目的是使量氣裝置里面的氣體壓強(qiáng)為外界大氣壓)。

圖1

(4)玻璃管內(nèi)水面不斷上升，每隔一段時間觀察一次玻璃管內(nèi)水面的上升情況。向燒杯內(nèi)添加適量水，使玻璃管內(nèi)外水面相平。同時可以看到玻璃管內(nèi)壁上的深灰色還原鐵粉慢慢變成了紅褐色。

(5)當(dāng)玻璃管內(nèi)水面停止上升時，實(shí)驗(yàn)結(jié)束，讀出水面高度。

(6)拔開橡膠塞，將燃燒的木條伸入玻璃管內(nèi)檢驗(yàn)剩余的氣體。木條熄滅，說明剩余氣體中不含氧氣或者氧氣含量很少。

(7)玻璃管內(nèi)壁上的鐵銹可用含有稀鹽酸的水浸泡后除去。

五、注意事項(xiàng)

(1)要盡可能地將鐵粉均勻撒在玻璃管的內(nèi)壁上，刻度線“1”以下部分不要粘上鐵粉。

(2)為了消除玻璃管內(nèi)水面上升造成的誤差，隨著水面上升要同時向燒杯內(nèi)加水，使玻璃管內(nèi)外水面保持相平。

(3)整個實(shí)驗(yàn)過程與所處環(huán)境溫度有一定的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)證明在室溫(20～25℃)時，大約50 s左右就可以看到玻璃管中的液面緩慢上升(如圖2所示) ；2min時，玻璃管中的液面上升至1/10左右刻度處，并且液面的上升速度越來越快；25min左右時，液面基本穩(wěn)定在1刻度處(如圖3所示)。

圖2

圖3

本實(shí)驗(yàn)可由教師當(dāng)堂演示，由學(xué)生觀測實(shí)驗(yàn)結(jié)果，或者作為學(xué)生的課后實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

六、實(shí)驗(yàn)分析

測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)也是初中化學(xué)的一個重要定量實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)采用教材中的方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時，主要存在以下不足：磷燃燒后產(chǎn)生大量的白煙對空氣造成污染；為了耗盡空氣中的氧氣，紅磷要適當(dāng)過量，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，紅磷會有剩余，造成不必要的浪費(fèi)；測定的結(jié)果往往比理論值偏低；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后會剩余較多含酸廢水，須經(jīng)處理后才能排放。

用改進(jìn)后的新方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，沒有任何環(huán)境污染，材料易得，操作簡單。既測定了空氣中氧氣的含量，又使學(xué)生對鐵的生銹(吸氧腐蝕)留下了深刻印象。用飽和食鹽水潤濕后可加快實(shí)驗(yàn)進(jìn)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯。

在該實(shí)驗(yàn)中，鐵粉均勻地分布在玻璃管中，可使管內(nèi)空氣中的氧氣被充分吸收，實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度較高。該實(shí)驗(yàn)不僅適用于探究空氣的組成，同時將鋼鐵的吸氧腐蝕很好地融合在了一起。