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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】实验研究之5——测定空气中氧气的含量  

2009-05-20 09:37:51|  分类: 实验研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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探究实验设计五:

测定空气中氧气的含量

1.化学反应原理

如图5-1所示,利用磷燃烧消耗空气中的氧气,从而使容器内形成负压,打开止水夹后,水进入容器内。进入容器中的水的体积,可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。

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【原创】实验研究之5——测定空气中氧气的含量 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂图5-1

2.实验仪器集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹

实验药品:红磷、水。

3.探究方案

在集气瓶中放入少是水(用于溶解生成的五氧化二磷,同时可吸收燃烧产生的热,有利于瓶内降温),做上记号,并将瓶内剩余体积均分为五等分。

  用止水夹夹紧乳胶管,点燃燃烧匙内的红磷后,立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。观察到红磷燃烧,产生浓厚的白烟。

红磷熄灭后,冷却至室温,打开止不夹,观察到水进入集气瓶内,最终水面在五分之一记号处。

4.探究评价:

该探究实验在反应原理上就存在错误。我们都知道,反应物浓度越小,反应的速率越慢。当燃烧持续进行时,氧气的浓度越来越小,氧化的速率也越来越小。一旦燃烧放出的热量不足以维持可燃物在着火点以上温度时,燃烧便停止了。这也是有些物质不能在空气中燃烧,但能在氧气中燃烧的原因。因此,从这个意义上说,利用燃烧试图除尽空气中的氧气,是很难达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高,因此就更无法除尽氧气了。很多教师在做该实验时,都发现,最终水面停在十分之一处,而不是五分之一处,原因就在于此。

该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多,加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的空气,使之外逸,都会导致实验的误差。

要做好该实验,关键要注意以下几点:

用更易燃烧的可燃物代替红磷(如白磷);

装置的气密性要好;

燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快,并塞紧塞子。

5. 资源开发:

通过刚才的分析,我们知道,在做好本探究实验除用白磷代替红磷外,就是尽可能防止或减少气体泄漏的可能。我们可以利用以下装置来进行探究:

用凸透镜将太阳光聚焦到白磷,使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图5-2

用水浴加热的办法使白磷燃烧,也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅40,水温稍高,足以使白磷着火燃烧。如图5-3。做此实验时,盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中,也以免广口瓶因骤热而爆裂。可先用温水淋浴后,再将热水注入外面的大烧杯中。

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用钟罩代替集气瓶进行实验,如图5-4所示。钟罩下方敞口,气体受热膨胀时,可将水压出一部分从产生减压作用。用此法既减少了气体泄漏的可能,准确性比原实验方案高。

在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷,用胶塞塞住,并使从推入到玻璃管中部,记下位置。用酒精灯微微加热白磷,使之燃烧,同样可观察到白磷燃烧,有大量白烟生成,胶塞被推向外侧(右侧)。待装置冷却,胶塞逐渐向内侧(左侧)移动,根据胶塞停止时的位置,确定空气中氧气的体积。如图5-5

这种方法在不透气的情况下进行,几乎可以完全防止漏气。但要注意的是,胶塞在干燥条件下很难塞入玻璃管内,可蘸少量水后向管内推入;推入时,还须在胶塞上插一根注射器针头,以便排出气体,待胶塞推到合适位置时,拔出针头即可。

做该实验时,玻璃管不宜太短,太短,加热时胶塞会被推出管外。

6.创新思维:

利用缓慢氧气测定氧气的体积分数

如图5-6所示,取长10cm,宽1.5cm的铝箔,用细线系好。在其表面涂一层硝酸汞的药液,立即用滤纸将铝箔擦干,迅速放入粗玻璃管中,悬于玻璃管上部,立即插入盛水的小烧杯中,塞上塞子,静置观察。【原创】实验研究之5——测定空气中氧气的含量 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

铝跟空气中的氧气反应放出的热,使玻璃管壁变得温热;

玻璃管内水位慢慢上升,10min左右,水位上升停止。进入的水的体积约为玻璃管未浸入水中部分容积的15

进行该实验时,应当注意:

硝酸汞溶液的浓度要大。铝箔表面涂硝酸汞溶液后要立即用滤纸擦干后再放入试管中,否则,铝跟硝酸汞反应置换出来的汞,在形成铝汞齐的条件下,铝会跟水反应产生氢气,使测定出的氧气体积分数偏低。

利用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数

蜡烛燃烧产生二氧化碳气体,常温下二氧化碳仅微溶于水,且溶解速度比较慢,因此一般不用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数。但若能吸收二氧化碳,此法也不失为一种简便的方法。而且蜡烛易燃烧,取材方便,可鼓励学生在家自己动手实验。

如图5-7所示,在水槽中盛适量的稀氢氧化钠溶液,并滴入23滴酚酞试液,在小木片上固定一只短蜡烛(普通蜡烛1cm,生日蜡烛23cm),用火柴点燃蜡烛。【原创】实验研究之5——测定空气中氧气的含量 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

把集气瓶倒扣在小木块上方,并将瓶口水封。几秒钟后,蜡烛火焰熄灭,水位上升。且进入瓶中的液体变红色。

在水下用玻片盖上集气瓶,取出,量得集气瓶中水的体积,约为集气瓶容积的15

若学生在家做此实验,可用茶杯代替集气瓶,用石灰水代替稀氢氧化钠溶液(若无石灰水,用清水效果也很好)。

该实验简便、粗略,可多次重复,容易被学生接受。缺点是,在盖上集气瓶开始时,由于气体膨胀,有气泡从瓶口冒出,导致实验测得的值偏大。

用加热氧化法测空气成分

把长约2cm的一束细铜丝装进一根长约56cm的普通玻璃管中部,两端用两节橡皮管分别跟两只注射器(其中一只注射器留出50mL空气,另一只注射器不留空气)连接起来,使之成为一个密闭系统(如图5-8)。推动注射器活塞,空气可以通过装铜丝的玻璃管在两只注射器间来回传送,不会泄漏。

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给装有细铜丝的玻璃管加热,待铜丝的温度升高以后,缓缓地交替推动两只注射器的活塞,使空气在铜丝上来回流动。经过56次以后,空气里的氧气可以全部与铜结合。

停止加热,冷至室温,读出残留的注射器里气体的体积数。减少的体积即为50mL空气中所含氧气的体积。由此可以推算出空气中氧气的体积分数。

做该实验时,要注意注射器不宜太小,太小体积变化不大,现象不明显。

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