“測定空氣中氧氣含量”的實驗及常見改進方案對比

內容摘要：人教版九年級化學第27頁實驗2-1，空氣中氧氣的含量的測定是初中學生進入化學以來第一個重要的化學實驗，課本上是一個演示實驗，很多學校都會拿來做一個學生實驗來處理，來激發學生學習化學的興趣和培養探究化學知識的能力。但是這個實驗有很多關鍵操作，對實驗成敗的影響很大。在很多資料和文章中有很多對空氣中氧氣含量的測定的實驗改進，各有優勢。

關鍵詞：氧氣含量 測定實驗 實驗方案

人教版九年級化學第27頁實驗2-1，空氣中氧氣的含量的測定是初中學生進入化學以來第一個重要的化學實驗，課本上是一個演示實驗，很多學校都會拿來做一個學生實驗來處理，來激發學生學習化學的興趣和培養探究化學知識的能力。但是這個實驗有很多關鍵操作，對實驗成敗的影響很大。在很多資料和文章中有很多對空氣中氧氣含量的測定的實驗改進，各有優勢。

一、新舊教材中的實驗對比

（1）2004年新課改前教材中的實驗。將鐘罩放入盛有水的水槽中，記錄鐘罩內水面的位置，以水面為基準線，將鐘罩水面以上容積分成五等分，在燃燒匙內盛過量紅磷，用酒精燈點燃后，立即插入鐘罩內并塞緊橡皮塞，觀察紅磷燃燒和水面變化的情況。優點：該實驗最大的優點是操作簡便，容易控制裝置的氣密性，可以明顯觀察到鐘罩中水位不斷上升。缺點：該實驗也存在了不少的問題：①鐘罩容積大，空氣多，消耗的紅磷的質量大，沒有體現綠色化學的理念。②紅磷使用量較多，燃燒的時間過長，產生的熱量過多，等待實驗結束的時間長。③整個實驗不在密閉的容器中進行，先把紅磷燃燒再伸入鐘罩內，會導致紅磷在伸入鐘罩內前，產生的大量的五氧化二磷污染空氣。在伸入鐘罩內的過程中，鐘罩內空氣受熱逸出，導致存在系統誤差。④）鐘罩、水槽和水都是無色的，不便觀察實驗現象，可以在水中滴加幾滴紅墨水。⑤鐘罩水面以上的容積刻度的劃分不是很方便，一邊采用注水的方法來確定刻度，因為容積大，標刻度和觀察水位時都存在一些誤差。⑥鐘罩和水槽等裝置體積大，需求的水的質量大，攜帶不方便。

（2）現人教版中的實驗。在集氣瓶內加入少量水，并將水面上方空間分為5等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。點燃燃燒匙內的紅磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞緊，觀察紅磷燃燒的現象。待紅磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察實驗現象及水面的變化情況。優點：該實驗相對課改前的實驗有了很大的改進，裝置小了些，攜帶也方便了很多，集氣瓶的容積小，消耗的紅磷比較少，體現了現行的綠色化學理念。燃燒結束后冷卻的時間較短，節約了時間，不管作為演示實驗還是學生實驗都有很好的可行性。缺點：雖然相對與課改前的實驗進行了一些改進，但一些問題還是沒有解決，對實驗的真實性有很大的影響。①對實驗的氣密性要求很高。②整個實驗不再密閉容器內進行，先用酒精燈燃燒紅磷，導致產生的五氧化二磷污染空氣，再伸入瓶內時，有空氣受熱逸出，導致了實驗結果偏大。③實驗中集氣瓶、導管和水都是無色的，不便觀察實驗現象，需加入幾滴紅墨水。④實驗過程中，導管中會存在有少量的水，會導致實驗結果會偏低。

二、一些改進實驗方案的對比

（1）針對課改前的實驗的改進將玻璃管放入盛有水的燒杯中，記錄玻璃管內水面的位置，以水面為基準線，將玻璃管水面以上容積分成五等分，把粗銅絲一端加工成小勺，盛滿足量的白磷，另一端擰成螺旋狀，塞好瓶塞，加入銅絲，觀察白磷燃燒和水面變化的情況。該方案針對于課改前的實驗的一些問題進行了一些改進，①用玻璃管代替鐘罩，白磷的用量要少得多，節約了資源。②整個實驗在密閉容器中進行，減少了污染和空氣的逸出導致的誤差。

該方案也存在了一點問題，①采用了加熱粗銅絲的辦法來引燃白磷，因為粗銅絲在加熱的過程中會散熱，導致引燃白磷的時間較長。②白磷有劇毒，并在南方地區，氣溫較高，取用白磷時有一定的危險性。

（2）針對現教材中的實驗的改進。在集氣瓶內空間分為5等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。用放大鏡引燃紅磷或用水浴加熱的方法引燃白磷后，觀察燃燒的現象。待紅磷或白磷熄滅并冷卻后，打開彈簧夾，觀察實驗現象及水面的變化情況。

這兩個方案有異曲同工之妙，在現行人教版教材的實驗上做了稍微的改進，解決了整個實驗都能在密閉容器中進行的問題，防止了生成的五氧化二磷污染空氣，又減少了伸入瓶內空氣受熱逸出導致的誤差。

這兩個方案也有一點點遺憾：①對裝置的氣密性要求很高，需要檢查氣密性。實驗結束后，導管中會殘留有一些液體，導致測定的結果會偏低。②前者需要放大鏡聚光，而著火點很高，因此實驗室或課室里光線要強，否則實驗難以成功。后者使用到了白磷，白磷有劇毒，且著火點很低，容易發生火災，有很大的危險性。

（3）比較理想的改進方案。圖1的實驗方案中，取有刻度的玻璃管，一端用軟木塞塞進，另一端塞如活塞，推動活塞，檢查氣密性，再放入白磷，用沸水加熱白磷，觀察現象和測定結果。圖2的實驗方案中，取一個小玻璃管，注水測定容積，兩端連接好注射器，固定一端，推動另一端，檢查氣密性，再放入擰成螺旋狀的銅絲放入玻璃管內，加熱，邊加熱邊交替推動兩端的玻璃管，冷卻后把其中一只注射器中的氣體完全推到另一只注射器中，觀察測定結果。

這兩個方案與以上3個方案都有共同的優點是整個實驗都在密閉容器中進行，減少了污染的同時，也減少了誤差。這兩個方案還有更理想地改進：①都用到了有刻度的儀器，比人為做的標記要準確，那么測定的實驗結果更準確。②這兩套裝置的氣密性檢查比較簡便，只需推動活塞，觀察是否能回到原刻度即可。

圖1中方案和圖2中方案對比，①圖1中使用了白磷，而圖2中使用無毒的銅絲代替了有毒的白磷，使實驗更加安全，使用的銅絲可以通過酸清洗后再次使用。②圖2中方案使用了2只注射器，在實驗過程中交替推動注射器，可以使容器內的空氣完全反應掉，防止氧氣沒有反應充分。因此圖2方案更理想，更加符合當前的綠色化學理念。

總之，在實驗的改進中，我們需要考慮到學生的實際情況，關注實驗的可操作性，安全性，資源的使用和是否對環境有影響。

《參考文獻》

（1）朱華英、劉懷樂等著《對空氣中氧氣含量測定實驗的改進》2005年Z1期《化學教學》

（2）農恒東著《測定空氣中氧氣含量的兩個常規實驗和幾個改進實驗》

（3）秦翔著《空氣中氧氣含量測定實驗的改進》 2014年《第五屆中國教育技術裝備論壇獲獎論文集（下）》

（4）楊勝武著《“空氣中氧氣含量測定”實驗改進》2015年02期《中學化學教學參考》