“測量空氣中氧氣含量”的改進實驗

呂淑君

(浙江省寧波市海曙區段塘學校 315000)

一、創新來源

“測量空氣中氧氣含量”的實驗選自華師大版《科學》七年級下冊第二章第二節“空氣的成分”第一課時，這個實驗既是這節課的重點，也是這節課的難點.教材上選用集氣瓶、燒杯、燃燒匙、彈簧夾、玻璃導管、橡膠塞等儀器組成實驗裝置，選取紅磷和水作為實驗藥品.通過燃燒紅磷消耗集氣瓶中的氧氣，最后以進入集氣瓶中水的體積占集氣瓶總體積的比例求出空氣中氧氣的體積分數.

分析教材實驗，雖然它的裝置和藥品簡單易得，裝置容易搭建，操作也比較簡單，但由于實驗裝置和實驗藥品本身的限制，這個實驗也存在一些不足，比如：

1．在集氣瓶外點燃紅磷，生成的P2O5白煙有毒，排放到空氣中會污染空氣.

2．將紅磷伸入集氣瓶、塞緊瓶塞的瞬間，紅磷燃燒放出的大量熱量使瓶內空氣體積膨脹，部分空氣逸出，使測定結果不準確.

3．集氣瓶形狀不規則，分五等分時不夠準確.

4．實驗中用到的水是無色的，而集氣瓶也是無色的，水進入瓶內現象不明顯.

針對以上原實驗的不足，筆者對本實驗進行了改進.用均勻的玻璃管替代集氣瓶，作為消耗氧氣的容器，可以非常容易地將容器分為五等分；用白磷替換紅磷，著火點低，節約加熱的時間；容器外加熱白磷變為用玻璃棒在容器內引燃白磷，又將水改為藍色的硫酸銅溶液，顏色鮮明，且在一定程度上溶解有毒的五氧化二磷，環保安全.

二、實驗裝置圖

實驗裝置如圖1所示.

三、實驗原理

在密閉玻璃管中，過量的白磷燃燒時，完全消耗玻璃管空氣中的氧氣，裝置冷卻后玻璃管中的氣壓減小，外界大氣壓大于裝置內氣壓，硫酸銅溶液被壓入到玻璃管中，進入的液體的體積即為空氣中被消耗的氧氣體積，液體上升的高度與玻璃管的總長的比例，就為氧氣在空氣中的體積分數.

四、材料準備

直徑3cm、長度25cm的直玻璃管2根；燃燒匙；玻璃棒；6號橡膠塞3個；2根長短合適的玻璃導管；橡皮導管；止水夾；鑷子；鐵架臺；酒精燈；濾紙；火柴、燒杯、白磷、硫酸銅溶液.

五、制作方法

1．將第1個橡皮塞打孔(不打穿)，插入玻璃棒.

2．將第2個橡皮塞打一小一大的2個孔，小孔不打穿用于插入燃燒匙，大孔打穿用于插入玻璃導管.

3．用尖嘴鉗將燃燒匙的勺口朝上，并彎成90°角.

4．將燃燒匙插入第2個橡皮塞的不打穿的小孔中(如圖2所示).

5．玻璃導管插入第2個橡皮塞打穿的大孔中，并將第3個橡皮塞也打穿1個孔，插入玻璃導管，2個橡皮塞中的玻璃導管用橡皮管連接，套上止水夾(如圖3所示).

6．將上述第1個橡皮塞塞入兩端開口的玻璃管上端管口(玻璃管事先用紅色貼紙將其分成五等分)，并固定在鐵架臺上(如圖4所示).

7．將另一個兩端開口的玻璃管也固定在鐵架臺上(如圖5所示).

8．將上述第2、3個橡皮塞分別塞到2根玻璃管的下端(如圖6所示).

9．在燒杯中裝入適量硫酸銅溶液(如圖7所示).

六、實驗步驟及現象

1．組裝實驗裝置，并打開止水夾.

2．將硫酸銅溶液沿右側直玻璃管倒入，使下方的導管充滿液體，至左側直玻璃管下方玻璃導管口恰好出現液體，夾緊止水夾(如圖8所示).

3．繼續在右側玻璃管中傾倒適量的硫酸銅液體(如圖9所示).

4．點燃酒精燈，加熱玻璃棒，再快速放回左側玻璃管中引燃白磷，塞緊橡皮塞，可見白磷迅速燃燒，產生大量白煙.

5．燃燒結束后，靜置一段時間，等待裝置完全冷卻.

6．打開止水夾，觀察到右側玻璃管中的藍色硫酸銅溶液進入左側玻璃管內，等液體停止流動時，調整右側玻璃管的高度，使左右兩側的液面相平.

7．觀察現象，發現左側玻璃管的液體體積約占左側玻璃管的1/5，即氧氣的體積約占空氣體積的1/5(如圖10所示).

七、設計特色

1．用加熱過的玻璃棒引燃玻璃管內的白磷，有效避免白煙污染空氣的問題，且大大降低空氣受熱逸出的可能性，使實驗結果更準確.

2．用均勻的直玻璃管作反應裝置，將容器分為五等分更容易.

3．用藍色的硫酸銅溶液代替水，液體進入容器內的現象更明顯，且產生的有毒P2O5能溶解在溶液中，防止危害健康.

4．將裝置設計成U型，可以避免由于液體壓強對實驗產生的影響.