沒定空氣里氧氣含量的趣味性設(shè)計(jì)

教材里已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，受到實(shí)驗(yàn)誤差過大的困擾。主要有：盛燃著的磷的燃燒匙從伸入集氣瓶內(nèi)到塞緊塞子前會有部分空氣因熱膨脹而“漫”出瓶外，不能準(zhǔn)確度量集氣瓶內(nèi)空氣的實(shí)有體積；若燃燒匙伸入瓶內(nèi)速度不夠快時，還可能產(chǎn)生倒吸水達(dá)集氣瓶實(shí)際容積2／5的現(xiàn)象；磷只在一處燃燒，產(chǎn)生的白煙不能與周圍的空氣快速置換位置而將火焰過早“窒息”；止水夾前后段玻璃管內(nèi)空氣里的氧氣也難以參與磷的燃燒；盛水燒杯內(nèi)水位的高低與導(dǎo)管口在水下的位置的深淺不同，也會對水的倒吸產(chǎn)生一定的影響。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主旨，意在盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，捉高這一定量實(shí)驗(yàn)的精度。

1．實(shí)驗(yàn)裝置(如圖所示)

取32mmx200mm試管一支，用量筒和水測其80ral和lOOml水面并作好標(biāo)記。取長條形寬窄、厚薄均勻的金屬片彎成與試管內(nèi)弧度一致的金屬槽，按相等間隔將其中間部分挖成“門”字形，成為“金屬梯”。“金屬梯”的每一步做成“凹”形，用以放置一小粒白磷。可用量筒和水測出空氣的實(shí)際體積。

空氣的實(shí)際體積=lOOml—金屬梯在lOOml刻度內(nèi)的體積—白磷的體積

2．實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)象

在“金屬梯”的每一步上放置一顆吸干水后的白磷，伸到試管內(nèi)，用鐵架臺將試管固定好，試管口下方放置盛水的玻璃水槽。用套有乳膠管的針筒抽取試管內(nèi)的多余空氣至水位上升到lOOml處，取出乳膠管。

用“電吹風(fēng)”吹熱風(fēng)加熱試管內(nèi)下部白磷，或用放大鏡會聚6伏手電筒光于第一步“金屬梯”處的白磷上，可觀察到，白磷像“上樓梯”般依次燃燒，開始時冒白煙，燃燒快停止時在倒置試管的上部出現(xiàn)黃煙，此為空氣里的氧氣快耗盡的現(xiàn)象。待火焰熄滅，試管不發(fā)燙時，可用水槽中的冷水澆在試管上，使試管內(nèi)溫度快速恢復(fù)到初始溫度，加快實(shí)驗(yàn)速度。此時可觀察到，試管內(nèi)水位上升到一定位置后恒定不動，與空氣實(shí)際體積相比較后得出氧氣含量。

氧氣的測量體積＝水的測量體積—被水位上升淹沒的金屬梯體積

本實(shí)驗(yàn)沒計(jì)經(jīng)多次實(shí)測，測得lOOml空氣里氧氣體積為17-19ml，實(shí)驗(yàn)精度在81％～91％之間。

3．誤差分析

主要誤差來自于燃燒方式本身。因空氣里的氧氣在耗盡前燃燒就會停止。

關(guān)于燃燒停止后剩余氣體里有無殘余氧氣；剩余混合氣體里氧氣比例小到什么程度時燃燒就會停止，這些又是新的探究性課題。