測定空氣中氧含量實驗的改進與探討

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　　【摘 要】本文從人教版九年級化學課本中測定空氣中氧含量實驗著手，具體分析了該實驗方法中存在的缺陷和問題，最后結合實際情況提出了相應的實驗改進對策。
　　【關鍵詞】氧含量；改進；實驗
　　【中圖分類號】G633.8 【文獻標識碼】A 【文章編號】1671-8437（2019）04-0045-01
　　化學課程本就是一門以實驗為基礎的學科，涉及到大量的化學反應、原理探究以及微觀物質組成等知識點，而這些知識點往往需要開展實驗進行探究驗證，但是由于受到實驗儀器、實驗試劑以及環境安全等因素的限制，課堂往往難以全面展現。測定空氣中氧含量實驗是九年級化學開篇的第一個課堂演示實驗，對學生化學感知和實驗能力的培養起著十分重要的作用[1]。然而在實際教學過程中，教師一般不會按照教材實驗進行課堂演示，究其原因是紅磷燃燒產生五氧化二磷為有毒物質，會污染空氣，不適合在課堂演示，另外，該套實驗裝置對氣密性要求很高，且紅磷難以充分燃燒，造成實驗結果偏差較大，難以達到預期。
　　1 教材課本中實驗結果難以達到預期的原因分析
　　人教版九年級化學上冊第27頁測定空氣中氧含量的實驗，該實驗利用紅磷在空氣中燃燒消耗氧氣，且產物為固體五氧化二磷，使得集氣瓶中的壓強低于外界大氣壓，造成燒杯中地水被吸入至集氣瓶中，且水面上升1/5體積。然而在實際實驗過程中，水面上升體積很難達到預期1/5體積的目標，實驗成功率十分低，現對這一現狀進行原因分析。
　　1.1 裝置氣密性難以保證
　　該套實驗裝置是利用內外壓強差來測定空氣中氧氣含量，因此裝置的氣密性對實驗結果的影響較為明顯。在實際實驗中，該裝置氣密性難以保證，一是在外部點燃紅磷之后，迅速蓋上集氣瓶塞，這一操作過程中外部空氣會進入到集氣瓶中，造成實驗誤差。二是導管必須注滿水來趕走空氣，但是在實際過程中難以達到，往往會因為導管中含有空氣而造成實驗數據準確性不高。
　　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儀對紅磷熄滅之后集氣瓶中地氧氣進行了多次測定，儀器顯示集氣瓶中仍含有6%—8%的氧氣，這就使得實驗數據往往達不到1/5
　　體積。
　　2 測定空氣中氧含量實驗的改進方法
　　針對上述實驗產生的問題，筆者從實際情況出發對其進行改進。實驗用品：白磷、鐵架臺、U型管、酒精燈、燃燒匙。實驗操作：（1）將U型管垂直固定在鐵架臺上，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）以液位為基準點，將U型管右側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，然后帶木塞子將其一并放入至U型管中。（4）用酒精燈對燃燒匙柄處進行加熱，由于白磷燃點較低，在受熱情況下迅速燃燒，并通過觀察到U型管內有白煙產生。（5）冷卻至室溫，觀察U型管兩邊液位升降情況。實驗現象：白磷劇烈燃燒，冒出白煙，U型管右側水位約上升了1/5體積。實驗結論：空氣中氧含量約為20%左右。
　　改進實驗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定發現白磷完全燃燒之后，殘余氧氣含量僅為1%～2%，對于實驗結果的誤差并不明顯。同時改進實驗用U型管代替導管和集氣瓶，在很大程度上解決了集氣瓶漏氣和導管水難以注滿的問題，而且U型管兩側液面有升有降，讓學生更加直觀地看清實驗效果。最后U型管中盛裝的為藍色硫酸銅溶液，一方面藍色溶液相比于水來說更加清晰辨認，另一方面產生的白磷蒸汽可被硫酸銅溶液吸收，避免了實驗過程中的二次污染。
　　化學實驗是化學學科最為核心的內容之一，同時也是最直觀展現化學魅力的方式。在日常教學過程中，教師應當盡可能地創造實驗條件和環境，對于教材中存在缺陷的實驗，應當舉一反三，積極探索改進方法，從而幫助學生全面直觀的理解課本知識內容，構建系統化的知識體系。
　　【參考文獻】
　　[1]義務教育教科書.化學（九年級）[M].北京：人民教育出版社，2013.
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