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影响空气中氧气含量测定值的因素研究及装置改进影响空气中氧气含量测定值的因素研究及装置改进xx摘要：本文分析比对了中学化学教学几种典型的空气中氧气含量测定装置之后，对影响测定值的因素进行了浅要的研究，对空气中氧气含量测定实验的方法和实验装置的改进提出了一些看法与意见。关键词：空气；氧气含量；测定值；影响因素空气中氧气含量测定实验是中学化学教学中最典型的一个教学型实验；其中包含的知识点、理论可以解决很多学生在现实生活中遇到的各种类似自然现象与生活实例。也正是由于测定氧气含量实验高度贴近生活实际，与其相关的各种模式题型成为近年中考出题的热点。由于中学实验中氧气含量测定实验不是一个十分精确测定氧气含量的实验，对实验的要求标准与高等化学的测定实验低很多，因而实验装置也较为简单，导致了实际测定值与真实值有较大的的误差。本文对几种常见的空气中氧气含量测定装置分析比对之后，对影响中学化学实验空气中氧气含量测定值的因素进行了浅要的研究，对空气中氧气含量测定实验的方法和实验装置的改进提出了一些看法与意见。1、几种典型的空气中氧气含量测定实验装置空气中氧气含量测定实验的装置目前已有很多种，各种实验装置都有自身的优缺点；就原理而言，都是利用固体燃烧法消耗实验装置中的氧气，使实验装置内产生负压，再通过水或者其他液体平衡实验装置内的负压，通过观察实验装置内水或者其他液体体积的变化来说明空气中氧气的含量。下面通过几种典型的空气中氧气含量测定实验装置的分析介绍，对影响空气中氧气含量测定值的因素进行浅要的总结。1.1人教版教科书空气中氧气含量测定实验装置图1.利用钟罩和广口瓶测定空气中氧气含量的实验装置[1]我国的初中化学教材很多年来一直采用如图1所示的两种经典实验装置作为空气中氧气含量测定的实验装置。上述两种实验装置是空气中氧气含量测定实验最经典的测定装置，其方便的操作、明显的实验现象，为我国中学化学的教学工作提供了很大的帮助与支持。1.2用注射器测定空气中氧气含量的实验装置[2]图2.用注射器测定空气中氧气含量的装置图利用注射器测定空气中氧气的含量，是由湖北省南漳县雷坪中学宋德儒[2]提出来的一种简单便捷的实验装置(如图2所示)，其方法是利用一只标有刻度的50ml的注射器，定量吸入50ml的空气后，放入足够量的白磷，再对注射器进行密封，燃烧白磷而消耗掉注射器中的氧气，通过观察注射器活塞位置的变化而直观地获取到注射器内空气体积的变化。此方法相对教材中以钟置、水槽等仪器测定空气中氧气含量装置，具有仪器简单易得、操作方便、能够直接显示出氧气的含量等特点。1.3空气中氧气含量测定实验改进的实验装置[4]图3.空气中氧气含量的测定实验改进实验装置图河北廊坊中学范蔚波老师提出的“空气中氧气含量的测定”实验改进的实验装置(如图3所示)，是用粗玻璃管代替广口瓶作为主反应装置，采用电炉丝加热石棉网上的白磷，待反应结束后，通过有色溶液直观观察被消耗氧气的体积占空气的比例。该方法现象生动，学生可以直接观察到有色溶液被吸入粗玻璃管的过程；整个实验过程处于密封状态，降低了空气因磷燃烧受热膨胀逸出的概率。1.4用电热石棉燃烧匙法测定空气中氧气含量实验装置[5]图4用电热石棉燃烧匙法测定空气中氧气含量的实验装置图用电热石棉燃烧匙法测定空气中氧气含量的实验装置(如图4所示)是云南昆明三中陈世文老师等提出的。由实验装置可以看出，其类似于人教版广口瓶的实验装置，他们改进了磷的点燃方法，并采用硫酸铜溶液和酸性高锰酸钾溶液作为反应产物的吸收液和反应器内壁的清洗液，有效地消除了五氧化二磷的污染，克服并解决了传统方法在课堂上点燃红磷污染空气的现象。2、上述几种实验装置的优缺点对比分析人教版的实验装置是实现空气中氧气含量测定实验的最基本条件，影响实验的不利因素较多，实验时容易失败。可能的失败原因为放入燃烧的磷后，没有立即密封好广口瓶或钟罩；密封好钟罩或广口瓶后，因磷的燃烧加热空气，使装置内的压强突增而发生漏气的现象等。利用注射器测定的实验装置虽然简单快捷，但存在的不利因素也较为严重。首先是注射器必须为耐热材料，我们一般会选用玻璃材质的注射器用于实验。因玻璃注射器的活塞接口处是磨砂处理摩擦力较大，磷燃烧后产生的负压能否足够克服摩擦而使活塞移动至理论位置；且注射器的气密性在受热后能否发生变化，也是一个不得不考虑的因素。虽然安徽怀远实验中学李德前等人也都对此装置提出了进一步的改进方案，但注射器的活塞与注射器内壁的摩擦问题总不可回避。范蔚波提出的改进实验装置，具有一定的创新性，直观可见；但存在液面差产生内外压强不一致的问题。而陈世文等的改进装置，在一定程度上避免了很多不利因素，但也存在液面差的问题，而且不能给出空气与氧气体积的比例。3、影响空气中氧气含量测定结果的因素a、耗氧剂是否过量实验中只有耗氧剂过量，才能比较完全的消耗掉装置内空气中的氧气，如果耗氧剂的量不足，则会导致装置内会有部分氧气未能参与反应，从而使装置内的水面上升不到原剩余空气的体积的1/5处，使测得的空气中氧气的含量偏小。另外，耗氧剂种类的选择也会影响实验的最终效果。b、实验装置的气密性是否良好如果实验装置漏气，当实验装置内的氧气耗尽时，装置内的压强减小，瓶外的空气就会进入实验装置内部，从而导致进入实验装置内部的水的体积减少。测得空气中氧气的含量也就相应的偏小。c、因导管产生的误差由于中学中大部分实验装置仍接近人教版的实验装置，而因导管内部空气所带来的误差也不能忽视，在实验前，应提前将导管内注满水。如果导管内未注满水，燃烧冷却后，有一部分水滞留在导管中，使得玻璃钟罩或广口瓶内的水体积偏少，从而导致测量结果偏小。再有，为防止广口瓶在磷燃烧时，有高温固体溅落而造成广口瓶炸裂，应预先在其内部加入少量的水。d、温度差对测定结果的影响如果在装置未冷却就打开弹簧夹，瓶内温度较高、气体压强较大，进入钟罩或者广口瓶的水的体积就会减少，使空气中氧气含量的测定值偏小。因此，必须等到装置冷却后才能打开弹簧夹。e、内外液面差导致的误差大部分的改进实验装置都没有考虑到反应装置内部与外接水槽液面差导致的影响，而李德前在“空气中氧气含量的测定实验不应忽视的一个因素”一文中[6]，对空气中氧气含量测定装置水面差对实验结果的影响进行了研究，这里不再具体的分析。4、空气中氧气含量测定实验以及实验装置改进的意见4.1、空气中氧气含量测定实验耗氧剂的选择能够用于完成氧气含量测定实验的耗氧剂有很多种物质可以选择，但大多数都采用燃烧后产物为固体的物质，通常情况下都是用磷作为本实验的耗氧剂。由于可选用的磷分为白磷与红磷，红磷的着火点为240℃，白磷的着火点是40℃；从着火点上说，白磷具有绝对优势，因为稍加热，即可实现燃烧，但白磷具有毒性，15mg即可引起中毒，50mg就能致死，加上其着火点接近人体体温，使用时稍不注意就可能发生危险；而红磷的着火点虽然相对白磷较高，但240℃对现在的实验条件来说，是一个非常容易实现的温度，并不存在太大的困难，且红磷没有毒性，使用时不需要刻意的防护；其他耗氧剂如炭、硫等燃烧后生成的产物为气体，需要特殊的液体吸收，不建议采用。综上所述，空气中氧气含量测定实验的耗氧剂选择，以红磷为最佳。4.2、引燃红磷条件的选择由于电热丝和与其匹配的电源很容易获得，而磷燃烧的产物五氧化二磷存在一定的污染，比较赞成采用电热石棉的方法引燃。4.3、实验装置改进的方法及实验时的具体操作图5再次改进电热石棉燃烧匙法测定空气中氧气含量的实验装置图首先，尊重课本的实验教学要求，以陈世文的工作为基础，将图4中右侧的广口瓶改为大容量的量筒，500~1000毫升为宜，其他条件不变。其次，在进行实验时，先将左侧500~100毫升的广口瓶灌满水，然后倒入量筒（广口瓶内需剩少量的水，以防止磷燃烧时溅落至广口瓶底部而发生广口瓶炸裂），记下量筒中水的体积；然后换成相同体积的硫酸铜和酸性高锰酸钾溶液（也可直接代替水使用）。最后，将放有足够量红磷的电加热石棉燃烧匙放入广口瓶并密封，通电加热电热丝，使红磷燃烧，待广口瓶上部有少量白烟出现[5]时，关闭电源，等待装置冷却至室温后，打开导管（实验前先充满水或反应吸收液）上的弹簧夹，会发现量筒中的水因压强差而吸入广口瓶。保持广口瓶内的导管和量筒内的导管口一直处于液面一至，即形成连通器的构造，降低液面较高的一个装置，使其与另一个液面的高度相等，关闭弹簧夹，读取量筒中剩余液体的体积。实验结束后，用力摇晃广口瓶，将生成的五氧化二磷彻底吸收，实现无五氧化二磷污染。通过量筒中液体的体积差，即可直接得到空气中氧气的含量：即量筒中减少的液体体积除以反应前液体的总体积。通过分析比对常见的几种空气中氧气含量实验测定装置可以看出，大部分的实验装置各有优缺点，而影响中学化学实验空气中氧气含量测定值的因素主要分为耗氧剂的影响、实验装置的气密性、导管产生的误差、温度差对测定结果的影响和内外液面差导致的误差，通过总结各个实验装置的优缺点，提出了新的空气中氧气含量测定实验装置改进方案，并对空气中氧气测定实验的各个影响因素的解决方法提出了一些个人的看法与意见，望广大的同行与专家给予指正。