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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 測定空氣中氧氣的含量探究實驗設計 1．化學反應原理 如圖5-1所示，利用磷燃燒消耗空氣中的氧氣，從而使容器內(nèi)形成負壓，打開止水夾后，水進入容器內(nèi)。進入容器中的水的體積，可粗略地認為是空氣中所含氧氣的體積。 2．實驗儀器：集氣瓶、燃燒匙、燒杯、玻璃管、乳膠管、止水夾。 實驗藥品：紅磷、水。 3．探究方案： ⑴ 在集氣瓶中放入少是水（用于溶解生成的五氧化二磷，同時可吸收燃燒產(chǎn)生的熱，有利于瓶內(nèi)降溫），做上記號，并將瓶內(nèi)剩余體積均分為五等分。 ⑶? 用止水夾夾緊乳膠管，點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入集氣瓶中并把塞子塞緊。觀察到紅磷燃燒，產(chǎn)生濃厚

2、的白煙。 ⑶紅磷熄滅后，冷卻至室溫，打開止不夾，觀察到水進入集氣瓶內(nèi)，最終水面在五分之一記號處。 4．探究評價： 該探究實驗在反應原理上就存在錯誤。我們都知道，反應物濃度越小，反應的速率越慢。當燃燒持續(xù)進行時，氧氣的濃度越來越小，氧化的速率也越來越小。一旦燃燒放出的熱量不足以維持可燃物在著火點以上溫度時，燃燒便停止了。這也是有些物質(zhì)不能在空氣中燃燒，但能在氧氣中燃燒的原因。因此，從這個意義上說，利用燃燒試圖除盡空氣中的氧氣，是很難達到目的的。維持紅磷燃燒需要的氧氣濃度相對較高，因此就更無法除盡氧氣了。很多教師在做該實驗時，都發(fā)現(xiàn)，最終水面停在十分之一處，而不是五分之一處，原因就在于此。

3、 該實驗裝置可能發(fā)生氣體泄漏的地方太多，加之燃燒的紅磷伸入集氣瓶中加熱了內(nèi)部的空氣，使之外逸，都會導致實驗的誤差。 要做好該實驗，關(guān)鍵要注意以下幾點： ⑴ 用更易燃燒的可燃物代替紅磷（如白磷）； ⑶ 裝置的氣密性要好； ⑶ 燃燒匙伸入集氣瓶中的速度要快，并塞緊塞子。 5． 資源開發(fā)： 通過剛才的分析，我們知道，在做好本探究實驗除用白磷代替紅磷外，就是盡可能防止或減少氣體泄漏的可能。我們可以利用以下裝置來進行探究： ⑴ 用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷，使白磷燃燒。此法可以防止燃燒匙伸入集氣瓶時氣體的散逸。如圖5-2。 ⑵ 用水浴加熱的辦法使白磷燃燒，也可以防止燃燒匙伸入集氣瓶內(nèi)氣體

4、的散逸。白磷的著火點僅40℃，水溫稍高，足以使白磷著火燃燒。如圖5-3。做此實驗時，盛白磷的廣口瓶不能直接放入沸水中，也以免廣口瓶因驟熱而爆裂?？上扔脺厮茉『?，再將熱水注入外面的大燒杯中。 ⑶用鐘罩代替集氣瓶進行實驗，如圖5-4所示。鐘罩下方敞口，氣體受熱膨脹時，可將水壓出一部分從產(chǎn)生減壓作用。用此法既減少了氣體泄漏的可能，準確性比原實驗方案高。 ⑷ 在一端封閉的粗玻璃管內(nèi)放一顆白磷，用膠塞塞住，并使從推入到玻璃管中部，記下位置。用酒精燈微微加熱白磷，使之燃燒，同樣可觀察到白磷燃燒，有大量白煙生成，膠塞被推向外側(cè)（右側(cè)）。待裝置冷卻，膠塞逐漸向內(nèi)側(cè)（左側(cè)）移動，根據(jù)膠塞停止時的位置，確定

5、空氣中氧氣的體積。如圖5-5。 這種方法在不透氣的情況下進行，幾乎可以完全防止漏氣。但要注意的是，膠塞在干燥條件下很難塞入玻璃管內(nèi)，可蘸少量水后向管內(nèi)推入；推入時，還須在膠塞上插一根注射器針頭，以便排出氣體，待膠塞推到合適位置時，拔出針頭即可。 做該實驗時，玻璃管不宜太短，太短，加熱時膠塞會被推出管外。 6．創(chuàng)新思維： ⑴ 利用緩慢氧氣測定氧氣的體積分數(shù) 如圖5-6所示，取長10cm，寬1.5cm的鋁箔，用細線系好。在其表面涂一層硝酸汞的藥液，立即用濾紙將鋁箔擦干，迅速放入粗玻璃管中，懸于玻璃管上部，立即插入盛水的小燒杯中，塞上塞子，靜置觀察。 ① 鋁跟空氣中的氧氣反應放出的熱，使

6、玻璃管壁變得溫熱； ② 玻璃管內(nèi)水位慢慢上升，10min左右，水位上升停止。進入的水的體積約為玻璃管未浸入水中部分容積的1／5。 進行該實驗時，應當注意： 硝酸汞溶液的濃度要大。鋁箔表面涂硝酸汞溶液后要立即用濾紙擦干后再放入試管中，否則，鋁跟硝酸汞反應置換出來的汞，在形成鋁汞齊的條件下，鋁會跟水反應產(chǎn)生氫氣，使測定出的氧氣體積分數(shù)偏低。 ⑶ 利用蠟燭燃燒測定氧氣的體積分數(shù) 蠟燭燃燒產(chǎn)生二氧化碳氣體，常溫下二氧化碳僅微溶于水，且溶解速度比較慢，因此一般不用蠟燭燃燒測定氧氣的體積分數(shù)。但若能吸收二氧化碳，此法也不失為一種簡便的方法。而且蠟燭易燃燒，取材方便，可鼓勵學生在家自己動手實驗。

7、 如圖5-7所示，在水槽中盛適量的稀氫氧化鈉溶液，并滴入2～3滴酚酞試液，在小木片上固定一只短蠟燭（普通蠟燭1cm，生日蠟燭2～3cm），用火柴點燃蠟燭。 把集氣瓶倒扣在小木塊上方，并將瓶口水封。幾秒鐘后，蠟燭火焰熄滅，水位上升。且進入瓶中的液體變紅色。 在水下用玻片蓋上集氣瓶，取出，量得集氣瓶中水的體積，約為集氣瓶容積的1／5。 若學生在家做此實驗，可用茶杯代替集氣瓶，用石灰水代替稀氫氧化鈉溶液（若無石灰水，用清水效果也很好）。 該實驗簡便、粗略，可多次重復，容易被學生接受。缺點是，在蓋上集氣瓶開始時，由于氣體膨脹，有氣泡從瓶口冒出，導致實驗測得的值偏大。 ⑶用加熱氧化法測空氣成分

8、 把長約2cm的一束細銅絲裝進一根長約5～6cm的普通玻璃管中部，兩端用兩節(jié)橡皮管分別跟兩只注射器（其中一只注射器留出50mL空氣，另一只注射器不留空氣）連接起來，使之成為一個密閉系統(tǒng)（如圖5-8）。推動注射器活塞，空氣可以通過裝銅絲的玻璃管在兩只注射器間來回傳送，不會泄漏。 給裝有細銅絲的玻璃管加熱，待銅絲的溫度升高以后，緩緩地交替推動兩只注射器的活塞，使空氣在銅絲上來回流動。經(jīng)過5～6次以后，空氣里的氧氣可以全部與銅結(jié)合。 停止加熱，冷至室溫，讀出殘留的注射器里氣體的體積數(shù)。減少的體積即為50mL空氣中所含氧氣的體積。由此可以推算出空氣中氧氣的體積分數(shù)。 做該實驗時，要注意注射

9、器不宜太小，太小體積變化不大，現(xiàn)象不明顯。 測定空氣里氧氣含量實驗的改進 人教版《義務教育課程標準實驗教科書化學九年級上冊》中實驗2-1，利用紅磷燃燒消耗集氣瓶里的氧氣，形成一定的體積差，使密封裝置中的壓強減少，引起燒杯中的水沿著導管上升進入集氣瓶中并約占瓶體積容積的1/5。但在實際操作中，常常由于裝置的氣密性和溫度差等問題使紅磷燃燒停止后需較長的時間冷卻，或是冷卻后，打開彈簧夾，只有極少量的水進入集氣瓶，甚至根本就不會出現(xiàn)水沿著導管進入集氣瓶的情況，造成實驗現(xiàn)象不準確甚至實驗失敗。 對此，我對該實驗進了分析和探討，改進了實驗裝置，形成了如下所示的實驗裝置： 儀器改動：改變?nèi)紵?/p>

10、匙的形狀，把直柄彎曲成“ V ”形。 實驗準備：在水槽中加入少量的水，把燒杯倒置其中并用橡皮筋套上作為水位標記。但由于氣壓差，燒杯中的水面低于水槽的水面，這是燒杯的尖嘴使橡皮筋難以固定標記，可用其他物品夾于橡皮筋上作為燒杯中水面的標記。 實驗操作及現(xiàn)象：點燃燃燒匙中的紅磷，立即伸入倒置于水槽中的燒杯中（燒杯口不能離開水槽中的水面）?？煽吹綗谐錆M大量的白煙，接觸燒杯外壁能感覺明顯的熾熱感。紅磷燃燒完畢后產(chǎn)生的白煙迅速溶解于水中，溫度也隨之下降，燒杯中的水位則慢慢上升，當溫度下降至接近室溫時，水面上升至約1/5處。此時，還可在燒杯內(nèi)壁觀察到一些白色附著物，充分說明生成物五氧化二磷的狀態(tài)和顏

11、色。 實驗改進評價：改進后的實驗裝置和操作都較原來實驗簡便，而且去掉了裝置連接而引起氣密性不好的影響因素，實驗效果明顯，反應停止后冷卻時間也較為短暫，現(xiàn)象明顯更易于觀察。 測定空氣中氧氣含量的幾種常見裝置 序號 裝置 實驗操作 圖1 用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷，使白磷燃燒，一段時間后，白磷燃燒。 ?燃燒完畢，待冷卻至室溫，打開彈簧夾，燒杯中的水倒吸進入瓶內(nèi)。 圖2 閉合電源開關(guān)，電阻絲發(fā)熱，溫度達到40 ℃時白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙。 ?裝置冷卻后，由于左側(cè)中氧氣被消耗，氣體壓強減小，水會在左側(cè)中上升，且上升到1刻度處。 圖3

12、 先關(guān)閉彈簧夾a，將螺旋狀的銅絲在酒精燈的灼燒后迅速插入大試管，接觸試管底部的過量的白磷，然后立即塞緊橡皮塞。 ?由于白磷的著火點低，白磷燃燒，產(chǎn)生大量的白煙。 ?燃燒完畢，待冷卻至室溫，打開彈簧夾，燒杯中的水倒吸進入瓶內(nèi)。 圖4 用水浴加熱的辦法使白磷燃燒，足以使白磷著火燃燒。 ?燃燒完畢，待冷卻至室溫，打開彈簧夾，燒杯中的水倒吸進入瓶內(nèi)。 圖5 在一封閉的試管內(nèi)放一顆白磷，用酒精燈微微加熱白磷，白磷燃燒，有大量白煙生成，注射器被推向外側(cè)（右側(cè)）。 ?待裝置冷卻，注射器逐漸向內(nèi)側(cè)（左側(cè)）移動，根據(jù)注射器停止時的位置，確定空氣中氧氣的體積。 圖6 在一端封

13、閉的粗玻璃管內(nèi)放一顆白磷，用膠塞塞住，并推入到玻璃管中部，記下位置。 ?用酒精燈微微加熱白磷，白磷燃燒，有大量白煙生成，膠塞被推向外側(cè)（右側(cè)）。 ?待裝置冷卻，膠塞逐漸向內(nèi)側(cè)（左側(cè)）移動，根據(jù)膠塞停止時的位置，確定空氣中氧氣的體積。 圖7 用生石灰和水反應時放出的熱量使白磷燃燒。 ?燒杯上方玻璃管(預先固定好)中部有一可左右滑動的活塞，活塞左端管內(nèi)密封有空氣，活塞右端的玻璃管口跟空氣連通，實驗開始前活塞處在刻度5 cm處。 圖8 在一個耐熱活塞的底部放一小塊（足量）白磷，然后迅速將活塞下壓，使空氣內(nèi)能增大，溫度達到40℃。 ?白磷燃燒，產(chǎn)生大量白煙，冷卻至原來溫度時，松

14、開手，活塞最終將回到刻度4處。 圖10 在一玻璃管的兩端，通過橡皮塞裝上兩只注射器，玻璃管內(nèi)裝幾團細的銅絲，把一個注射器內(nèi)的空氣體積調(diào)到50mL的位置，另一只注射器不留空氣加熱玻璃管的銅絲部位。 ?待銅絲被灼熱后，把注射管緩慢地以2～3次/分的速度左右推動。 ?大約3～4min之后停止加熱。待玻璃管冷卻至室溫后，注射器內(nèi)空氣減少。 圖11 在滴管中盛適量的氫氧化鈉溶液。將燃著的硫粉迅速插入集氣瓶內(nèi)，硫粉燃燒，發(fā)出淡藍色的火焰。 ?燃燒完畢，待冷卻至室溫，打開彈簧夾，燒杯中的水倒吸進入瓶內(nèi)。 對“測定空氣里氧氣含量”實驗的改進 一、實驗目的 ?　　測定空氣中氧氣的

15、含量 二、實驗儀器及試劑??? ?帶鐵夾的鐵架臺、500ml燒杯、帶燃燒匙的橡皮塞、帶銅絲的橡皮塞、去底大試管、藥匙、鑷子、吸水紙（可用濾紙代替）、酒精燈、火柴、紅墨水、水、紅磷、白磷、清潔紙、污物杯。 三、實驗儀器裝置圖及儀器的組裝說明 ? 四、實驗操作部分 ?1. 依照圖一進行實驗時，先在燒杯中裝入一定量的水，為了便于觀察現(xiàn)象，用紅墨水染紅，下面墊一木塊。再把分成五等分的去底大試管用鐵夾固定在鐵架臺上，去底大試管下端伸入燒杯中的水中，水面與去底大試管下端第一格相平。點燃酒精燈，在橡皮塞上的燃燒匙中用藥匙加入一定量的紅磷，在酒精燈上點燃。紅磷燃燒后迅速把燃燒匙伸入去底大試管中，

16、擰緊橡皮塞，觀察現(xiàn)象。 ?2. 依照圖二進行實驗時，先在燒杯中裝入一定量的水，為了便于觀察現(xiàn)象，用紅墨水染紅，下面墊一木塊。再把分成五等分的去底大試管用鐵夾固定在鐵架臺上，去底大試管下端伸入燒杯中的水中，水面與去底大試管下端第一格相平。用鑷子取一塊白磷在吸水紙上吸干水分，然后放在橡皮塞下端的銅網(wǎng)中，擰緊橡皮塞。點燃酒精燈，加熱橡皮塞上端的銅絲。過一會，看到去底大試管內(nèi)的白磷開始燃燒，繼續(xù)觀察現(xiàn)象。 五、裝置改進的意義 ?新課標的教材中（人教版教材），所用裝置進行空氣中氧氣含量測定實驗時，存在以下一些缺陷：如：1. 由于紅磷的燃燒，集氣瓶內(nèi)壓力增大，有時會把塞子沖出；2. 在把點燃的紅磷伸

17、進集氣瓶時，動作不夠迅速，容易使其中的空氣少量膨脹外逸，當集氣瓶內(nèi)的氧氣完全與紅磷反應后，打開止水夾，進入集氣瓶的水會大于1/5體積；3. 集氣瓶冷卻時間較長；4. 點燃紅磷時，紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙，在伸入集氣瓶中時，會逸散到空氣中，污染空氣。 ?按圖1所示實驗裝置和方法進行實驗，儀器易得，操作簡單，克服了上述缺陷1和3，并且節(jié)約了藥品。但是所用的去底大試管容積太小，把點燃的紅磷伸進時，其中的空氣膨脹外逸，即使很少，也會對實驗造成很大的誤差，水面上升甚至會達到標記1．5處，不能克服缺陷2和4。因此在進行圖2所示裝置的改進。 ?按圖2所示實驗裝置和方法進行實驗時，因為是通過加熱橡皮塞上端的銅

18、絲引燃去底大試管內(nèi)的白磷，所以可以克服上述缺陷，不足之處是加熱時間稍長 用量筒和錐形瓶測定空氣中氧氣的含量 一、改進后測定空氣中氧氣含量實驗裝置──量筒錐形瓶裝置（如圖）? 二、測定裝置改進后的特點 ?1.改進的實驗裝置原理與教材原理相同，有區(qū)別的是，消耗氧氣所占空間所填充的水，可用差值法準確讀出。 ?2.改進后的裝置氣密性可檢查（檢查方法同課本檢查試管氣密性相同。） ?3.改進后的裝置紅磷用量，雖然仍過量，但與前比較仍屬于微型實驗用量，解決了紅磷浪費問題，燃燒匙內(nèi)紅磷可以多次利用，節(jié)約實驗藥品適用農(nóng)村實驗教學。 ?4.改進后的裝置不用給裝置上畫等分線，減少了測量的誤差。

19、 ?5.裝置所用材料取材容易，普通實驗室就有；原理易懂，結(jié)構(gòu)簡單，可操作性強。 ?6.實驗現(xiàn)象明顯，測量誤差小，數(shù)據(jù)可信度強，易于學生掌握科學研究的方法。 ?7.使用改進后的裝置教學，變演示實驗為學生參與的師生互動的探究實驗，提高了學生學習興趣。 ?8.改進后的實驗裝置，兩直角玻璃導管高度一樣，且內(nèi)部充滿水，解決了液面高度差形成的進水慣性誤差。 三、測定空氣中氧氣含量改進裝置的相關(guān)技術(shù)資料 ?1. 教具名稱：測定空氣中氧氣含量裝置──量筒錐形瓶裝置 ?2. 教具圖片：（如上圖） ?3. 教具用途：準確測定氧氣在空氣中的體積份數(shù) ?4. 制作材料： ?250 ml錐形瓶瓶1只

20、、8號橡膠塞１個、100 ml的量筒1個、長32 cm直角玻璃彎管2個（直角在距一端6．5cm處）、長27．5cm的乳膠管１段、止水夾１個、燃燒匙１個、記號筆１支　 ?5. 制作方法: (1)在乳膠管的距兩個端管口２cm處，各用記號筆畫一圈，乳膠管對折中央處畫線一圈，并把兩個直角玻璃彎管與乳膠管連接重疊部分至2cm處。 (2)在8號橡膠塞偏離中心處打一個燃燒匙柄剛好能通過的小孔。 (3)在8號橡膠塞偏離中心另一側(cè)打一個適合直角玻璃彎管插入的孔，并把直角玻璃彎管插入橡膠塞，橡膠塞與錐形瓶組裝后玻璃管下端能接觸到錐形瓶底。????????????????????????? (4)把

21、止水夾夾在直角玻璃彎管上，乳膠管的另一端與直玻璃管連接。 (5)把燃燒匙柄穿過其對應小孔，將橡膠塞塞在錐形瓶上，調(diào)整燃燒匙高度，使其底部距瓶底約4cm處，并把燃燒匙柄彎成圓形便于抓握。????????????????????????????????????? ?6. 使用方法：?????????? ????????????????????????? ?(1)在錐形瓶內(nèi)注滿水（水與瓶口向平），用量筒測定錐形瓶內(nèi)水的體積（設該體積為Ｖ1，本裝置中Ｖ1=345 ml）。 （2）將錐形瓶內(nèi)水在指定地點倒出，即采集的該地點空氣樣本。 （3）用量筒量取45ml水，注入采集有空氣的錐形瓶內(nèi)，同時

22、在100ml量筒中準確量取100ml水。 （4）在燒杯中注入半杯水，把第五步制作好的的導管一端浸入水中，在連有橡膠塞的另一導管口用洗耳球吸氣，使水連續(xù)流出，此時將止水夾夾在中央畫線處（注意要使管中都充滿水）。 （5）把酒精燈、本教具、注水100ml的量筒從左到右放在水平桌面上，把不連接橡膠塞的導管伸入盛水量筒中。 （6）向燃燒匙內(nèi)添加滿紅磷，在酒精燈上引燃紅磷且燃燒劇烈（保證在氧氣稀薄時也能繼續(xù)燃燒）后迅速把燃燒匙伸進錐形瓶內(nèi)，并塞緊橡膠塞。 （7）一手按住橡膠塞，一手握燃燒匙柄，并上下抽動使燃燒匙內(nèi)紅磷與裝置內(nèi)空氣充分接觸。 （8）完全燃燒后冷卻，把止水夾移到直角玻璃彎管上讓水進入

23、錐形瓶，等到水不在從直角玻璃彎管流入錐形瓶再將止水夾移夾在中央畫線處。??? ??????????????????????? （9）小心移開量筒中直玻璃管導管，讀數(shù)量筒內(nèi)水的體積（設體積為Ｖ2）。量筒內(nèi)水減少的體積數(shù)就是進入錐形瓶內(nèi)水的體積數(shù)即消耗掉瓶內(nèi)空氣中氧氣的體積數(shù)：（100－Ｖ2 ）ml???????? （10）氧氣在空氣中的體積份數(shù)計算公式：（100－Ｖ2 ）ml÷（345－45） ml×100℅ 四、裝置的成功之處 ?1. 兩直角玻璃導管高度一樣，且內(nèi)部充滿水，解決了液面高度差形成的進水慣性誤差。 2. 燃燒匙可上下抽動使燃燒匙內(nèi)紅磷與裝置內(nèi)空氣充分接觸，即便是在裝置內(nèi)空氣稀薄也不會輕易熄滅，會把氧氣消耗完。 3. 該裝置氣體樣品采集使得氣體環(huán)境溫度降低，為保證溫度一致最好采用水冷發(fā)。 五、研究中存在的問題 該實驗裝置可能發(fā)生氣體泄漏的地方，燃燒的紅磷伸入集氣瓶中加熱了內(nèi)部的空氣，使之外逸，都會導致實驗的誤差。 六、今后的研究設想和裝置雛形 白磷的著火點僅40℃，水溫稍高，足以使白磷著火燃燒，用水浴加熱的辦法使白磷燃燒，也可以防止燃燒匙伸入集氣瓶內(nèi)氣體的散逸。由于實驗室沒有白磷，實驗只能處于理論猜想階段，但裝置雛形已形成（如右圖）。? 專心---專注---專業(yè)