測(cè)定空氣中氧含量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與探討

劉鵬

【摘 要】本文從人教版九年級(jí)化學(xué)課本中測(cè)定空氣中氧含量實(shí)驗(yàn)著手，具體分析了該實(shí)驗(yàn)方法中存在的缺陷和問題，最后結(jié)合實(shí)際情況提出了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)對(duì)策。

【關(guān)鍵詞】氧含量；改進(jìn)；實(shí)驗(yàn)

【中圖分類號(hào)】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1671-8437（2019）04-0045-01

化學(xué)課程本就是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，涉及到大量的化學(xué)反應(yīng)、原理探究以及微觀物質(zhì)組成等知識(shí)點(diǎn)，而這些知識(shí)點(diǎn)往往需要開展實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究驗(yàn)證，但是由于受到實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)試劑以及環(huán)境安全等因素的限制，課堂往往難以全面展現(xiàn)。測(cè)定空氣中氧含量實(shí)驗(yàn)是九年級(jí)化學(xué)開篇的第一個(gè)課堂演示實(shí)驗(yàn)，對(duì)學(xué)生化學(xué)感知和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)起著十分重要的作用[1]。然而在實(shí)際教學(xué)過程中，教師一般不會(huì)按照教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行課堂演示，究其原因是紅磷燃燒產(chǎn)生五氧化二磷為有毒物質(zhì)，會(huì)污染空氣，不適合在課堂演示，另外，該套實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)氣密性要求很高，且紅磷難以充分燃燒，造成實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏差較大，難以達(dá)到預(yù)期。

1 教材課本中實(shí)驗(yàn)結(jié)果難以達(dá)到預(yù)期的原因分析

人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第27頁(yè)測(cè)定空氣中氧含量的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)利用紅磷在空氣中燃燒消耗氧氣，且產(chǎn)物為固體五氧化二磷，使得集氣瓶中的壓強(qiáng)低于外界大氣壓，造成燒杯中地水被吸入至集氣瓶中，且水面上升1/5體積。然而在實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，水面上升體積很難達(dá)到預(yù)期1/5體積的目標(biāo)，實(shí)驗(yàn)成功率十分低，現(xiàn)對(duì)這一現(xiàn)狀進(jìn)行原因分析。

1.1 裝置氣密性難以保證

該套實(shí)驗(yàn)裝置是利用內(nèi)外壓強(qiáng)差來測(cè)定空氣中氧氣含量，因此裝置的氣密性對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較為明顯。在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，該裝置氣密性難以保證，一是在外部點(diǎn)燃紅磷之后，迅速蓋上集氣瓶塞，這一操作過程中外部空氣會(huì)進(jìn)入到集氣瓶中，造成實(shí)驗(yàn)誤差。二是導(dǎo)管必須注滿水來趕走空氣，但是在實(shí)際過程中難以達(dá)到，往往會(huì)因?yàn)閷?dǎo)管中含有空氣而造成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性不高。

1.2 紅磷難以完全消耗集氣瓶中的氧氣

由于紅磷在燃燒匙中固定燃燒，難以消耗完集氣瓶中的氧氣，往往紅磷已經(jīng)不再燃燒而集氣瓶中仍然殘留有氧氣，筆者曾利用氧含量檢測(cè)儀對(duì)紅磷熄滅之后集氣瓶中地氧氣進(jìn)行了多次測(cè)定，儀器顯示集氣瓶中仍含有6%—8%的氧氣，這就使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往達(dá)不到1/5

體積。

2 測(cè)定空氣中氧含量實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)方法

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的問題，筆者從實(shí)際情況出發(fā)對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。實(shí)驗(yàn)用品：白磷、鐵架臺(tái)、U型管、酒精燈、燃燒匙。實(shí)驗(yàn)操作：（1）將U型管垂直固定在鐵架臺(tái)上，并在U型管中加入一定量的硫酸銅溶液，使得兩邊液位相互平齊。（2）以液位為基準(zhǔn)點(diǎn)，將U型管右側(cè)空余部分分為五等分。（3）取少量白磷用濾紙吸干水分后放入燃燒匙內(nèi)，然后帶木塞子將其一并放入至U型管中。（4）用酒精燈對(duì)燃燒匙柄處進(jìn)行加熱，由于白磷燃點(diǎn)較低，在受熱情況下迅速燃燒，并通過觀察到U型管內(nèi)有白煙產(chǎn)生。（5）冷卻至室溫，觀察U型管兩邊液位升降情況。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：白磷劇烈燃燒，冒出白煙，U型管右側(cè)水位約上升了1/5體積。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：空氣中氧含量約為20%左右。

改進(jìn)實(shí)驗(yàn)中選擇白磷作為氧氣消耗劑，相比于紅磷而言，白磷更容易燃燒且燃燒更加充分，用氧含量分析儀多次測(cè)定發(fā)現(xiàn)白磷完全燃燒之后，殘余氧氣含量?jī)H為1%～2%，對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的誤差并不明顯。同時(shí)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)用U型管代替導(dǎo)管和集氣瓶，在很大程度上解決了集氣瓶漏氣和導(dǎo)管水難以注滿的問題，而且U型管兩側(cè)液面有升有降，讓學(xué)生更加直觀地看清實(shí)驗(yàn)效果。最后U型管中盛裝的為藍(lán)色硫酸銅溶液，一方面藍(lán)色溶液相比于水來說更加清晰辨認(rèn)，另一方面產(chǎn)生的白磷蒸汽可被硫酸銅溶液吸收，避免了實(shí)驗(yàn)過程中的二次污染。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科最為核心的內(nèi)容之一，同時(shí)也是最直觀展現(xiàn)化學(xué)魅力的方式。在日常教學(xué)過程中，教師應(yīng)當(dāng)盡可能地創(chuàng)造實(shí)驗(yàn)條件和環(huán)境，對(duì)于教材中存在缺陷的實(shí)驗(yàn)，應(yīng)當(dāng)舉一反三，積極探索改進(jìn)方法，從而幫助學(xué)生全面直觀的理解課本知識(shí)內(nèi)容，構(gòu)建系統(tǒng)化的知識(shí)體系。

【參考文獻(xiàn)】

[1]義務(wù)教育教科書.化學(xué)（九年級(jí)）[M].北京：人民教育出版社，2013.