全国第十届实验教学创新研讨会论文集-空气中氧含量的测定修改稿

空气中氧气含量的测定张清海（邯郸市第十四中学河北邯郸056200）摘要:初中化学教学的第一任务是培养学生对化学的兴趣，只要学生在学习初期对化学有兴趣，学生会感觉化学的学习非常轻松。一个初中化学教师如能做到这一点，那么在初三一年的教学过程中会感觉游刃有余。要想做到这一点，就得从课本上的探究实验做起。本文针对空气里氧气含量的实验进行了一些探索和研究，从不同的角度利用不同的方法比较精确地测量。而课本上的演示实验虽然简单但是太不精确、误差太大。关键词：化学实验氧气含量体积测量实验是学习、体验和探究化学过程的重要途径，因此，在教学中无论我们怎样强调实验都不过分。初中化学教材中几乎每课题都穿插着化学实验，可以说实验教学的成败决定着化学教学整体的成败，新课程要求在掌握知识与技能的同时，更要关注学生情感、关注知识形成的过程，且让学生在“做中学”。实验的多功能性决定了实验在教学中的重要性。教材中安排了大量的演示实验、学生实验、探究实验，要求我们老师充分利用实验去激发学生兴趣，培养学生能力，通过实验帮助学生获取知识和提高技能。但是由于受到教学资源和其他因素的影响，有些实验往往不能完成或无法达到预期的效果，这就需要我们教师开动脑筋，利用现有资源探索实验方法，改进实验方案，从而达到教学目的。笔者根据多年的教学经验以及对有关文献的研究结合“空气里氧气含量的测定”总结了一些方法供大家参考。一、燃烧法较精确地测定空气中央气的体积方法1：取一带刻度的玻璃管，封闭一端，注入约5厘米深的水，用拇指堵住开口端，把管子倒插在深水槽中。（可能的话，让管子这样竖直放置几个小时，使空气中的水蒸气达到饱和）。调整刻度管中水平面使之与槽中水平面相平。此时管内空气的压强等于大气压强。读取空气的体积值。把装在软铁丝上的一块黄磷送入管内【图1（a）】。读取实验室温度和大气压。把装置搁在一旁，直到磷不再发烟燃烧，此时管内的水平面会上升到C，管内剩余的气体是氮气【图1(b)】。把磷拿走，然后降低刻度管，使管内水平面C与水槽内水平面相平，于是管内气体压强再次等于大气压强。读取氮气的体积值、实验室温度和大气压。图1实例计算：空气的最初体积=70.5cm³；温度14℃；压力755mm氮气的最后体积=55.0cm³；温度12℃；压力760mm氮气的体积必须首先转换成与最初空气同温同压时的体积。氮气在14℃和755mm汞柱时的体积=×285/287×760/755cm³=55.8cm³∴氧气的体积=（﹣）cm³=14.7cm³∴空气中氧气体积的百分比=×100=在干燥的空气中，氧气体积百分比的精确值是。方法2：实验用品：一根长玻璃管（具塞），一只配有软木塞（或橡皮塞）的燃烧匙，水槽，酒精灯，药匙，铁架台，红磷。实验需用时间约20分钟。实验步骤：1.将长玻璃管固定于铁架台上，然后立于水槽中，记下管内液面的高度a。2.在燃烧匙内放入豌豆粒大小的一块红磷，在酒精灯上点燃，然后迅速放入长玻璃管内并塞好软木塞（如图2所示）。3.观察玻璃管内水面上升情况，待管内水面不再升高，管内、外温度大致相同时，记下管内水面的位置。计算空气中氧气的体积百分数。问题与讨论:由于红磷跟空气中的氧气反应生成P2O5（其中一部分溶解于水），使得玻璃管内气压下降，故而使管内水面上升约五分之一。二、非燃烧法精确测定空气中氧气的体积方法1:图2实验用品:量筒，橡皮塞，水槽，托盘天平，药匙；1mol/L氢氧化钠溶液，焦性没食子酸（或焦性没食子酸钠）。实验需用时间:15—20分钟。实验步骤:1.在一个100毫升的量筒上，选配一个合适的橡皮塞，使之不漏气，然后，在量筒里加水至100毫升刻度处，塞好橡皮塞。将量筒倒立，记录留在量筒内空气的体积数V1（如图3所示）。图32.倒出量筒内水并使之干燥。在量筒内加入1克粉末状焦性没食子酸（或焦性没食子酸钠），然后加入V1体积（上述测得的体积）的1mol/L氢氧化钠溶液，立即用塞子塞好，振荡2—3分钟。3.将量筒倒立于水槽中，使之冷却。然后从水中取出量筒在震荡2—3分钟，重新倒立于水槽中。4.将倒立于水槽中的量筒，在水下拔去橡皮塞，静置几分钟，以使量筒内外的温度相等。5.提起量筒，使量筒内的液面与筒外的水平面相一致，记录残留于量筒内气体的体积V2。6.计算空气中氧气的百分含量：反应中用去的氧气体积=100毫升－V2毫升=V3毫升。反应中用去的氧气体积，即为空气中氧气的体积，因此，空气中氧气所占的体积百分数应为V3％。问题与讨论:1.实验开始时，量筒内加入V1毫升的1mol/L氢氧化钠溶液，则量筒内剩余的体积应为100毫升空气的体积。由于焦性没食子酸与空气中的氧气反应，故消耗了V3毫升的氧气。因此，反应后残留于量筒内的气体体积数应为100毫升－V2毫升=V3毫升。—OH—OHOH—OH3.焦性没食子酸又称焦棓酸，学名连苯三酚，白色晶体，易溶于水，它具有很强的还原能力。当与空气接触时，特别是碱性溶液中，极易氧化，颜色变为黑褐色，故而在气体分析中，可用为吸氧剂，其化学反应式如下：——OHOH—OH+3NaOH—ONaONa—ONa+3H2O+H2O2+O2—ONaONa—ONaNaO—ONa—ONaONaONaONa方法2:实验用品:试管，镊子，铁架台，水槽，量筒；钢丝棉，醋酸溶液。实验需用时间:1—2周。实验步骤:1.取一些钢丝棉，把它浸泡于醋酸溶液中，待有气泡生成时，从溶液中取出，用蒸馏水洗净、干燥。2.将上述经醋酸处理过的一小团洁净钢丝棉，置于试管的底部，使之在试管倒置时不至于从试管中脱落下来（如图4所示）。将装有钢丝棉的试管倒置于水槽中，记录试管中水面的位置a。静置1—2周，观察试管内水面上升的情况。待水面不再升高时，记下水面的高度b。3.取出试管内生锈的钢丝棉，然后加水分别至a、b处，量取其体积Va、Vb。则空气中氧气的体积百分含量为：O2％=×100％式中：Va——反应前，试管内空气的体积数。图4Vb——反应后，残留于试管中剩余气体的体积数。Va-Vb——反应中，消耗的氧气体积数。问题与讨论：1.由于钢丝棉与空气中氧气反应生成氧化铁，故而试管内气压下降，使水面升高约五分之一。2.本实验可用铁屑代替钢丝棉。但实验开始前，铁屑仍须经醋酸溶液处理，待洗净、干燥后，将铁屑置于一个小的瓶盖上，然后放在水面。选取一个大的试管，倒扣于盛有铁屑的瓶盖上，使试管内的铁屑与管外空气隔绝，记下试管内液面的高度a，然后重复上述操作。新的化学课程倡导：从学生和社会发展的需要出发，发挥学科自身优势，要激发学生的主动性和创新意识，促使学生积极主动的获取