测定空气中氧气的含量实验改进集锦.doc
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1、测定空气中氧气的含量探究实验设计1化学反应原理如图5-1所示,利用磷燃烧消耗空气中的氧气,从而使容器内形成负压,打开止水夹后,水进入容器内。进入容器中的水的体积,可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。2实验仪器:集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹。实验药品:红磷、水。3探究方案: 在集气瓶中放入少是水(用于溶解生成的五氧化二磷,同时可吸收燃烧产生的热,有利于瓶内降温),做上记号,并将瓶内剩余体积均分为五等分。 用止水夹夹紧乳胶管,点燃燃烧匙内的红磷后,立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。观察到红磷燃烧,产生浓厚的白烟。红磷熄灭后,冷却至室温,打开止不夹,观察到水进入集气瓶内,最终水面在五分之
2、一记号处。4探究评价:该探究实验在反应原理上就存在错误。我们都知道,反应物浓度越小,反应的速率越慢。当燃烧持续进行时,氧气的浓度越来越小,氧化的速率也越来越小。一旦燃烧放出的热量不足以维持可燃物在着火点以上温度时,燃烧便停止了。这也是有些物质不能在空气中燃烧,但能在氧气中燃烧的原因。因此,从这个意义上说,利用燃烧试图除尽空气中的氧气,是很难达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高,因此就更无法除尽氧气了。很多教师在做该实验时,都发现,最终水面停在十分之一处,而不是五分之一处,原因就在于此。 该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多,加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的空气,使之外逸,都会导
3、致实验的误差。要做好该实验,关键要注意以下几点: 用更易燃烧的可燃物代替红磷(如白磷); 装置的气密性要好; 燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快,并塞紧塞子。5 资源开发:通过刚才的分析,我们知道,在做好本探究实验除用白磷代替红磷外,就是尽可能防止或减少气体泄漏的可能。我们可以利用以下装置来进行探究: 用凸透镜将太阳光聚焦到白磷,使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图5-2。 用水浴加热的办法使白磷燃烧,也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅40,水温稍高,足以使白磷着火燃烧。如图5-3。做此实验时,盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中,也以免广口瓶因骤热而爆裂。可先
4、用温水淋浴后,再将热水注入外面的大烧杯中。用钟罩代替集气瓶进行实验,如图5-4所示。钟罩下方敞口,气体受热膨胀时,可将水压出一部分从产生减压作用。用此法既减少了气体泄漏的可能,准确性比原实验方案高。 在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷,用胶塞塞住,并使从推入到玻璃管中部,记下位置。用酒精灯微微加热白磷,使之燃烧,同样可观察到白磷燃烧,有大量白烟生成,胶塞被推向外侧(右侧)。待装置冷却,胶塞逐渐向内侧(左侧)移动,根据胶塞停止时的位置,确定空气中氧气的体积。如图5-5。这种方法在不透气的情况下进行,几乎可以完全防止漏气。但要注意的是,胶塞在干燥条件下很难塞入玻璃管内,可蘸少量水后向管内推入;推入时
5、,还须在胶塞上插一根注射器针头,以便排出气体,待胶塞推到合适位置时,拔出针头即可。做该实验时,玻璃管不宜太短,太短,加热时胶塞会被推出管外。6创新思维: 利用缓慢氧气测定氧气的体积分数如图5-6所示,取长10cm,宽1.5cm的铝箔,用细线系好。在其表面涂一层硝酸汞的药液,立即用滤纸将铝箔擦干,迅速放入粗玻璃管中,悬于玻璃管上部,立即插入盛水的小烧杯中,塞上塞子,静置观察。 铝跟空气中的氧气反应放出的热,使玻璃管壁变得温热; 玻璃管内水位慢慢上升,10min左右,水位上升停止。进入的水的体积约为玻璃管未浸入水中部分容积的15。进行该实验时,应当注意:硝酸汞溶液的浓度要大。铝箔表面涂硝酸汞溶液后
6、要立即用滤纸擦干后再放入试管中,否则,铝跟硝酸汞反应置换出来的汞,在形成铝汞齐的条件下,铝会跟水反应产生氢气,使测定出的氧气体积分数偏低。 利用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数蜡烛燃烧产生二氧化碳气体,常温下二氧化碳仅微溶于水,且溶解速度比较慢,因此一般不用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数。但若能吸收二氧化碳,此法也不失为一种简便的方法。而且蜡烛易燃烧,取材方便,可鼓励学生在家自己动手实验。如图5-7所示,在水槽中盛适量的稀氢氧化钠溶液,并滴入23滴酚酞试液,在小木片上固定一只短蜡烛(普通蜡烛1cm,生日蜡烛23cm),用火柴点燃蜡烛。把集气瓶倒扣在小木块上方,并将瓶口水封。几秒钟后,蜡烛火焰熄灭,水位上
7、升。且进入瓶中的液体变红色。在水下用玻片盖上集气瓶,取出,量得集气瓶中水的体积,约为集气瓶容积的15。若学生在家做此实验,可用茶杯代替集气瓶,用石灰水代替稀氢氧化钠溶液(若无石灰水,用清水效果也很好)。该实验简便、粗略,可多次重复,容易被学生接受。缺点是,在盖上集气瓶开始时,由于气体膨胀,有气泡从瓶口冒出,导致实验测得的值偏大。用加热氧化法测空气成分把长约2cm的一束细铜丝装进一根长约56cm的普通玻璃管中部,两端用两节橡皮管分别跟两只注射器(其中一只注射器留出50mL空气,另一只注射器不留空气)连接起来,使之成为一个密闭系统(如图5-8)。推动注射器活塞,空气可以通过装铜丝的玻璃管在两只注射
8、器间来回传送,不会泄漏。给装有细铜丝的玻璃管加热,待铜丝的温度升高以后,缓缓地交替推动两只注射器的活塞,使空气在铜丝上来回流动。经过56次以后,空气里的氧气可以全部与铜结合。停止加热,冷至室温,读出残留的注射器里气体的体积数。减少的体积即为50mL空气中所含氧气的体积。由此可以推算出空气中氧气的体积分数。做该实验时,要注意注射器不宜太小,太小体积变化不大,现象不明显。测定空气里氧气含量实验的改进人教版义务教育课程标准实验教科书化学九年级上册中实验2-1,利用红磷燃烧消耗集气瓶里的氧气,形成一定的体积差,使密封装置中的压强减少,引起烧杯中的水沿着导管上升进入集气瓶中并约占瓶体积容积的1/5。但在
9、实际操作中,常常由于装置的气密性和温度差等问题使红磷燃烧停止后需较长的时间冷却,或是冷却后,打开弹簧夹,只有极少量的水进入集气瓶,甚至根本就不会出现水沿着导管进入集气瓶的情况,造成实验现象不准确甚至实验失败。对此,我对该实验进了分析和探讨,改进了实验装置,形成了如下所示的实验装置:仪器改动:改变燃烧匙的形状,把直柄弯曲成“ V ”形。实验准备:在水槽中加入少量的水,把烧杯倒置其中并用橡皮筋套上作为水位标记。但由于气压差,烧杯中的水面低于水槽的水面,这是烧杯的尖嘴使橡皮筋难以固定标记,可用其他物品夹于橡皮筋上作为烧杯中水面的标记。实验操作及现象:点燃燃烧匙中的红磷,立即伸入倒置于水槽中的烧杯中(
10、烧杯口不能离开水槽中的水面)。可看到烧杯中充满大量的白烟,接触烧杯外壁能感觉明显的炽热感。红磷燃烧完毕后产生的白烟迅速溶解于水中,温度也随之下降,烧杯中的水位则慢慢上升,当温度下降至接近室温时,水面上升至约1/5处。此时,还可在烧杯内壁观察到一些白色附着物,充分说明生成物五氧化二磷的状态和颜色。实验改进评价:改进后的实验装置和操作都较原来实验简便,而且去掉了装置连接而引起气密性不好的影响因素,实验效果明显,反应停止后冷却时间也较为短暂,现象明显更易于观察。 测定空气中氧气含量的几种常见装置序号装置实验操作图1用凸透镜将太阳光聚焦到白磷,使白磷燃烧,一段时间后,白磷燃烧。燃烧完毕,待冷却至室温,
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