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浅析空气中氧气含量测定实验

“空气中氧气含量测定实验”位于人教版九年级上册第二章，是初中化学的第一个定量实验。教材本实验是利用红磷燃烧消耗烧杯内氧气，装置如图1所示，通过水倒吸的体积，粗略测定密闭装置内氧气的体积，集气瓶内水平面上升约 1/5，说明空气中的氧气被消耗了，消耗的氧气约占空气体积的1/5，从而测出空气中氧气的含量。通过对该实验的探究，揭示了空气的组成，开启了具体物质的学习。

但是，该实验方案存在一定的缺陷，产生一定误差，难以得出氧气约占空气体积的1/5的结论，实验误差原因如下：

(1)药品选择不合理

红磷的着火点为 240℃，如果在集气瓶外用酒精灯进行点燃，生成物五氧化二磷白烟会大量逸散到空气中，这样造成环境污染；除此之外，红磷燃烧无法彻底消耗氧气，磷在集气瓶内燃烧结束后，瓶内仍有7%以上的氧气剩余。

(2)装置系统误差

在外点燃红磷后再伸入集气瓶，使装置无法始终完全密闭，该过程导致瓶内的空气发生膨胀，一部分逸出，装置的气密性很难达到标准；红磷燃烧过程中放热，会使瓶内气体受热膨胀，有可能使塞子弹出，造成实验的偶然误差；装置中的导管原来是有空气的，这部分体积并不小且不易估计，后来导管里充满了水，这部分水没有进入集气瓶中，导致测量误差; 用于测量气体体积所标示的刻度线不够精确等。

图1 测定空气中氧气的含量

1 实验改进药品的选用

1.1 白磷

白磷，着火点比红磷更低，约为 40 ℃，易某某。一些化学老师使用水浴加热、通电后铜丝发热、吹风机加热、激光笔等方式引燃密闭装置内的白磷，生成的白烟始终在装置里，不会造成空气污染，对环境友好；同时与外界没有物质交换，避免了装置系统误差。

俞红星老师利用放大镜会聚太阳光(图2)和热水浴法(图3)使白磷燃烧，放大镜聚焦法只有光源充足情况下实验才有可能成功，出于课堂场地、安全与课时等方面考量，无法组织学生在课外进行该实验；热水浴法则需不断给水加热，同时要避免集气瓶过热导致爆裂，该方法比较耗时且存在安全隐患，不适合演示实验。姚秋玲和王某某老师用激光笔在室温下 5 s 内点燃白磷，但这需要使用大功率的激光笔，学生一旦使用不当可能会造成眼睛灼伤、甚至引起火灾等不良后果。朱华英和刘某某老师用预先加热的玻璃棒与白磷接触使其燃烧(图4) ，但玻璃棒的预热程度并不易于控制。

并且白磷本身有毒，易某某，实验剩余白磷不能随意丢弃，处理起来也比较麻烦，课堂操作不当反而造成更大安全风险。

图2 用放大镜引燃白磷 图3 用水浴加热引燃白磷

图4 用炽热的玻璃棒引燃红磷

1.2 蜡烛与酒精

邵某某、刘某某老师提出改用燃烧蜡烛的方法来测定空气中氧气的含量，蜡烛燃烧会生成气体二氧化碳，用氢氧化钠溶液或澄清石灰水来吸收二氧化碳，消耗氧气的同时吸收蜡烛燃烧产生二氧化碳，从而产生压强差，通过水倒吸的体积，测定密闭装置内氧气的体积。

许某某、丁伟老师指出用燃烧酒精的方法对教材装置进行改进，与蜡烛燃烧装置原理一样，由于酒精燃烧消耗氧气生成气体二氧化碳，用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳后装置内压强减小，通过水倒吸的体积，测定密闭装置内氧气的体积。

虽然蜡烛、酒精有取材方便，操作简单，安全可靠，无毒无污染等优点，但是蜡烛、酒精不完全燃烧会产生一氧化碳气体，一氧化碳不能被碱溶液吸收，实验误差较大。该方案可以作为家庭小实验进行，利用家中常见物品自制空气中氧气量的测定装置，拉近学生与化学的心理距离，培养学生创新思维与动手解决问题的能力。并且酒精在有限空间里燃烧需要的最低氧含量是15.0%，酒精无法彻底消耗 内容过长，仅展示头部和尾部部分文字预览，全文请查看图片预览。 性探究等类型探究活动，在不同学习阶段呈现相同的知识点，学生在不同情境下迁移应用知识，旨在深化学生对知识的认识，丰盈学生认知结构，栽培学生解决真实开放化学问题时所需品格与能力，可持续升级思维，实现学科逻辑结构的思维进阶，培养学生核心素养。

最后，教师学明白初中阶段的化学学习是从零开始的，在此之前，学生没有过相关的化学学习基础。教师要综合考虑学科知识与学生身心发展水平，选择合适素材设计合适的问题情境，分阶段、连续性开展探究活动，有步骤地指导学生进行深度学习，加深对理论知识的理解，培养学生的探究能力和创新思维，从而积极响应国家“立德树人”号召，有效落实以学生为主体的教学理念，切实发展学生核心素养。

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