“空气中氧气含量测定实验”的简约化改进

　　“空气中氧气含量测定实验”是初中化学第一个半定量演示实验，也是经典实验之一，在目前国内所有版本的初中化学教材中都有该实验内容。其中人教版九年级化学上册实验2-1方案为，在集气瓶内加入少量水，将水面上方空间分为5等份，用弹簧夹夹紧胶皮管，点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况（图1）。该实验对学生进一步认识空气的组成、体会拉瓦锡研究空气成分的实验思路、学习实验技能等方面有着重要的意义。

　　

　　然而，在实际教学中却出现了一些问题，例如，从点燃红磷到塞子塞紧的过程中，会有大量白烟释放到瓶外，造成室内污染；难以把握打开弹簧夹的时机，若等待集气瓶冷却到室温后再打开，则时间过长会出现教学“真空”，不利于课堂教学；打开弹簧夹后常发现集气瓶内水面没有变化，或水面上升高度误差较大，成功率不高，影响实验教学。为此，笔者对该实验进行改进，以期优化实验效果。

　　一、“空气中氧气含量测定实验”已有的改进

　　针对该实验存在的以上问题，很多同行对该实验进行了研究，仔细品读，创新迭出，令人回味，但概括起来可分为以下几种情况。

　　（一）点燃方式的改进

　　将红磷由“外引燃”转变为“内引燃”，可以杜绝污染，减小实验误差，提高实验成功率。例如，刘瑜[1]用激光手电筒照射燃烧匙中的红磷，可在瞬间点燃，然后观察红磷燃烧的现象及集气瓶中水面的变化情况（图2）。

　　

　　陈海涛和邹军[2]将红磷放在集气瓶内的铁片上，用电磁炉加热红磷，燃烧一会儿，待集气瓶冷却到室温后，把导管插入水中，打开止水夹，观察实验现象（图3）。

　　

　　庄鑫[3]将MCH陶瓷加热棒（由合金引线和陶瓷发热体构成）的发热部分固定于燃烧匙内，加入足量红磷，接通电源，红磷即能快速燃烧（图4）。

　　

　　此外，还有的研究者用玻璃棒[4]、热水[5]、铜丝[6]、放大镜聚焦太阳光[7]等点燃白磷进行实验。

　　（二）耗氧物质的改进

　　由于红磷难以被快速点燃、不能完全消耗氧气等，很多研究者对耗氧物质进行了替换。例如，杨国萍和齐俊林[8]在燃烧匙里加入2/3体积的红磷和少量白磷（也可以全部是白磷），利用白磷来引燃红磷，当红磷燃烧后用力下插燃烧匙，使燃烧匙的勺子位于第二条至第三条红线标记处，使氧气消耗完全，根据水面上升的高度测出氧气的含量（下页图5）。

　　

　　罗鹏[8]用，稀硫酸和饱和溶液制取30 mL纯的NO气体，然后用注射器通过导管向量筒内加入一定体积的空气，塞住量筒口，小心混合，2 min后，在液面下移开橡皮塞，观察和记录量筒中气体的最终体积（图6）。

　　

　　徐泓等[10]将滤纸用食盐溶液浸润后黏附在广口瓶内侧，将2.0 g还原铁粉、2.5 g活性炭粉倒入广口瓶中，塞紧瓶塞，轻轻转动广口瓶，使铁粉和活性炭粉混合物均匀附着在广口瓶内壁，3 min～5 min后打开止水夹，观察到广口瓶内的水约占广口瓶体积的1/5（图7）

　　

　　此外，还有的研究者使用蜡烛[11]、铜粉[12]、邻苯三酚[13]、多硫化钠[14]等物质来消耗氧气，以期达到实验目的。

　　（三）度量工具的改进

　　集气瓶上下内径不完全相同，导致氧气的含量测定出现误差，为此有研究者对这方面也做了改进。例如，杨胜武[15]在燃烧匙中加入足量白磷，然后将上下直径相同的玻璃管放入装有热水的烧杯中，引燃白磷，待玻璃管冷却，观察玻璃管内液面高度的变化（图8）。