§1快速《测定空气中氧气的体积分数》

原创作者：江苏省徐州市科技中学  李  敏

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     初中化学《测定空气中氧气的体积分数》的实验，目前在各种教材中介绍的方法有两种，一种是用钟罩、水槽装置，燃烧红磷法（如图1所示）；另一种是用广口瓶、烧杯、长导管等装置，燃烧红磷法（如图2所示）。两种方法的共同点是用红磷燃烧消耗容器中的氧气产生负压，使水进入容器，证明氧气的体积分数约占空气的1/5，笔者在实验过程中感到有些问题：
1 红磷的着火点较高，红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧，即红磷燃烧仅消耗75%左右的氧气，尚剩余25%左右还在容器中，所以水面不可能达到1/5的理想高度（可用电热点火法检验出来）；
2  实验者当把燃烧的红磷插入容器中无意或故意不立即塞紧橡胶塞，使容器里一部分受热膨胀的空气外逸，在容器温度还没降到室温的情况下就产生了负压，水面高度也能达到甚至超过1/5，学生看到的是一个实验成功的假象，但是却失去了实验的真实性和科学性。
笔者介绍一种快速《测定空气中氧气的体积分数》的方法：

 1准备（如图 3所示）: 取一支18×180mm的试管，加单孔橡胶塞，孔中插一根3cm长的短玻璃导管，玻璃导管上加一段4cm长的乳胶管，把乳胶管折回，用弹簧夹夹住，试管密闭。再备500mL水、一盏酒精灯、5克白磷。
2实验步骤：
2.1  取黄豆粒大小的一块白磷，用滤纸擦干水，立即放入准备的试管里，塞上带乳胶管和弹簧夹的橡胶塞密封（如图 3所示），试管在酒精灯上稍作烘烤，白磷就燃烧起来，振荡试管，防止白磷粘在试管壁上。
2.2  1min左右试管内不再产生白烟，撩起擦洗试管4~5次，试管温度迅速降到室温。
2.3  把试管倒插入水里（如图 4所示），打开弹簧夹，水立即沿乳胶管进入试管（如图 5所示），捏住乳胶管，把试管从水中取出，正立试管观察，液面高度大约是试管空间高度的1/5（如图 6所示）。
3  本实验的优点：
3.1  白磷在燃烧时一直在密闭的试管内进行，绝无热空气外逸；
3.2  白磷的着火点很低（40℃），即使在燃烧熄灭后仍在发生氧化反应，几乎把试管内的氧气消耗尽，符合实验的真实性和科学性。
3.3  装置是试管、烧杯等，简单、轻巧；每次实验仅需2分钟左右。
▲ 探究实验设想提示
1、选择可燃物：红磷、白磷、蜡烛、酒精棉球等，试验哪种可用。
2、选择点火方式：容器外直接点火、容器外加热点火、玻棒点火（玻棒蘸取KmnO₄与浓H₂SO₄的混合物）、电点火等，试验哪种方式最佳。
3、选择容器：钟罩、广口平、大试管、注射器等，试验哪种最简单易行。
4、选择进入容器的液体：水、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、品红（酸性）溶液等。