测定空气中氧含量实验的改进与探讨

作者:未知

  【摘 要】本文从人教版九年级化学课本中测定空气中氧含量实验着手,具体分析了该实验方法中存在的缺陷和问题,最后结合实际情况提出了相应的实验改进对策。
  【关键词】氧含量;改进;实验
  【中图分类号】G633.8 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437(2019)04-0045-01
  化学课程本就是一门以实验为基础的学科,涉及到大量的化学反应、原理探究以及微观物质组成等知识点,而这些知识点往往需要开展实验进行探究验证,但是由于受到实验仪器、实验试剂以及环境安全等因素的限制,课堂往往难以全面展现。测定空气中氧含量实验是九年级化学开篇的第一个课堂演示实验,对学生化学感知和实验能力的培养起着十分重要的作用[1]。然而在实际教学过程中,教师一般不会按照教材实验进行课堂演示,究其原因是红磷燃烧产生五氧化二磷为有毒物质,会污染空气,不适合在课堂演示,另外,该套实验装置对气密性要求很高,且红磷难以充分燃烧,造成实验结果偏差较大,难以达到预期。
  1 教材课本中实验结果难以达到预期的原因分析
  人教版九年级化学上册第27页测定空气中氧含量的实验,该实验利用红磷在空气中燃烧消耗氧气,且产物为固体五氧化二磷,使得集气瓶中的压强低于外界大气压,造成烧杯中地水被吸入至集气瓶中,且水面上升1/5体积。然而在实际实验过程中,水面上升体积很难达到预期1/5体积的目标,实验成功率十分低,现对这一现状进行原因分析。
  1.1 装置气密性难以保证
  该套实验装置是利用内外压强差来测定空气中氧气含量,因此装置的气密性对实验结果的影响较为明显。在实际实验中,该装置气密性难以保证,一是在外部点燃红磷之后,迅速盖上集气瓶塞,这一操作过程中外部空气会进入到集气瓶中,造成实验误差。二是导管必须注满水来赶走空气,但是在实际过程中难以达到,往往会因为导管中含有空气而造成实验数据准确性不高。
  1.2 红磷难以完全消耗集气瓶中的氧气
  由于红磷在燃烧匙中固定燃烧,难以消耗完集气瓶中的氧气,往往红磷已经不再燃烧而集气瓶中仍然残留有氧气,笔者曾利用氧含量检测仪对红磷熄灭之后集气瓶中地氧气进行了多次测定,仪器显示集气瓶中仍含有6%—8%的氧气,这就使得实验数据往往达不到1/5
  体积。
  2 测定空气中氧含量实验的改进方法
  针对上述实验产生的问题,笔者从实际情况出发对其进行改进。实验用品:白磷、铁架台、U型管、酒精灯、燃烧匙。实验操作:(1)将U型管垂直固定在铁架台上,并在U型管中加入一定量的硫酸铜溶液,使得两边液位相互平齐。(2)以液位为基准点,将U型管右侧空余部分分为五等分。(3)取少量白磷用滤纸吸干水分后放入燃烧匙内,然后带木塞子将其一并放入至U型管中。(4)用酒精灯对燃烧匙柄处进行加热,由于白磷燃点较低,在受热情况下迅速燃烧,并通过观察到U型管内有白烟产生。(5)冷却至室温,观察U型管两边液位升降情况。实验现象:白磷剧烈燃烧,冒出白烟,U型管右侧水位约上升了1/5体积。实验结论:空气中氧含量约为20%左右。
  改进实验中选择白磷作为氧气消耗剂,相比于红磷而言,白磷更容易燃烧且燃烧更加充分,用氧含量分析仪多次测定发现白磷完全燃烧之后,残余氧气含量仅为1%~2%,对于实验结果的误差并不明显。同时改进实验用U型管代替导管和集气瓶,在很大程度上解决了集气瓶漏气和导管水难以注满的问题,而且U型管两侧液面有升有降,让学生更加直观地看清实验效果。最后U型管中盛装的为蓝色硫酸铜溶液,一方面蓝色溶液相比于水来说更加清晰辨认,另一方面产生的白磷蒸汽可被硫酸铜溶液吸收,避免了实验过程中的二次污染。
  化学实验是化学学科最为核心的内容之一,同时也是最直观展现化学魅力的方式。在日常教学过程中,教师应当尽可能地创造实验条件和环境,对于教材中存在缺陷的实验,应当举一反三,积极探索改进方法,从而帮助学生全面直观的理解课本知識内容,构建系统化的知识体系。
  【参考文献】
  [1]义务教育教科书.化学(九年级)[M].北京:人民教育出版社,2013.
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