“空气中氧气含量的测定”实验设计与改进研究获奖科研报告

“空气中氧气含量的测定”实验设计与改进研究获奖科研报告摘

要：本文通过对“空气中氧气含量测定”这一实验提出的一些改进方法进行比较，同时对实验改进的方法简单作一些论述，旨在通过改进化学实验。

关键词：中学化学;实验设计;实验改进;空气中氧气含量的测定

一、引言

随着时代的进步，课堂教学内容的调整和教学目标的改变，对化学实验进行不断改进和创新。同时教师的改进实验的创新意识会给学生以潜移默化的影响，激活学生的创造性思维，提高学生分析和解决问题的能力。那么要怎样设计一个化学实验方案，本文试图通过对同一个实验的不同改进方案的分析与比较，揭示实验设计的基本思路和方法。

二、“空气中氧气含量的测定”实验方案的分析

（一）原有实验方案介绍

原实验方案中，在集气瓶口上配有一个带有燃烧匙和玻璃导管的橡皮塞，而导管的另一端，则伸入盛水的大烧杯里。先在集气瓶里加少量的水，再把剩余的容积用记号划成五等分。实验时，用酒精灯点燃盛在燃烧匙中的红磷，然后立即将燃烧匙放入集气瓶中塞紧塞子。随着红磷的燃烧，红磷和氧气化合生成五氧化二磷，可观察到瓶内有白烟生成。随着氧气的消耗，瓶内气体压强减小，大烧怀中的水就会进入集气瓶里，待充分冷却后，通过测量可得进入的水约占集气瓶五分之一容积。

（二）改进实验方案分析

1.改进实验方案1

在该改进实验方案1中，顶部有孔的玻璃钟罩上配一个插有燃烧匙的橡皮塞，盖在盛有清水的水槽里，取掉橡皮塞并用彩色笔在玻璃钟罩外侧标记水面位置。在进行实验时，向燃烧匙中放少量红磷，置酒精灯上点燃，立即插入钟罩内，并将橡皮塞旋紧。可观察到红磷在钟罩内和空气中的氧气化合，生成五氧化二磷白烟，随着氧气耗尽并充分冷却后，水面约可上升到钟罩内原来水面以五分之一容积处。反应过程中可观察到玻璃钟罩内因生成五氧化二磷产生白烟，可通过水与混浊气体的交界面观察水面的上升高度。

2.改进实验方案2

在该改进实验方案2中，取18×180mm的试管，加单孔橡胶塞，孔中插3cm长的短玻璃导管，玻璃导管上加4cm长的乳胶管，用弹簧夹夹住，试管密闭，并检验装置的气密性。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，试管在酒精灯上稍作烘烤，白磷即燃，振荡试管，防止白磷粘在试管壁上。1min左右试管内不再产生白烟，撩洗擦洗试管4—5次，使试管温度迅速降到室温。把试管倒插入硫酸铜溶液里，打开弹簧夹，可观察到硫酸铜溶液立即沿乳胶管进入试管，捏住乳胶管，把试管从硫酸铜溶液中取出，正立试管，可观察到液面高度大约是试管空间高度的1/5。

3.改进实验方案3

在该改进实验方案中，因为铁在潮湿的空气中受水、氧气等物质的作用，表面很容易生成铁锈（主要成分是Fe2O3·xH2O）。由于铁生锈时，消耗的只是空气中的氧气，因此，可以通过铁生锈时空气体积的减少，来验证氧气约占空气体积的1/5。将约0.4g的细铁丝（细窗纱）磨光后，团放进10mL量筒底部，加水浸没铁丝，用玻璃片盖住量筒，倒置，小心移动玻璃片，将量筒内的水面调至9.0mL的刻度处，再将量筒倒置在一个盛有少量水的水槽中，移开玻璃片。2天后，可观察到铁丝表面有红褐色的铁锈生成，量筒内水面的高度上升到7.2mL处，说明量筒内空气减少了1.8mL，由此便可计算出空气中氧气的含量。

4.改进实验方案4

在该改进实验方案中，在加热的情况下，铜能跟空气中的氧气发生反应，生长黑色氧化铜。在由两个注射器组成的密闭系统内，将左边的注射器推至底端，右边注射器置于30ml刻度处。点燃酒精灯，给装有打磨光亮的细铜丝的玻璃管加热，同时交替缓慢推动两个注射器活塞，可观察到打磨光亮的细铜丝逐渐变为黑色，且两个注射器内的空气逐渐减少。待反应完成后，停止加热冷却至室温，将其提全部推入另一只注射器内，读出注射器内气体体积。

三、改进实验方案的比较

通过以上6个实验方案，可以看出在“测定空气中氧气的含量”的实验中，化学实验改进应注意的几个方面都得到了体现：1.在实验装置方面;2.在实验药品方面;3.在实验条件方面;4.在实验安全方面。

通过以上从以上四个方面的分析比较，可以看出在这4个改进实验方案中最可行的方案是改进实验方案4。改进实验方案4所用的药品易于取得，并且反应现象明显，没有气密性不良的缺点，所以改进实验方案4可以被作為最佳改进实验方案。

通过改进“空气中氧气含量的测