空气氧气含量【测定空气中氧气含量的两种新尝试】

　　 [摘要]现行新教材是通过红磷燃烧时氧气的消耗量来测试空气中氧气的体积分数，该实验测得空气中氧气的体积分数平均约为20%，实验结果的准确率不高、趣味性不强。因此，笔者根据本校的实际情况设计了两个简单、结果准确、现象明显有趣的实验来测定空气中氧气的体积分数。
　　[关键词]化学教学 氧气含量 乙醇燃烧 一氧化氮氧化
　　
　　空气中氧气体积分数的测定是初中生接触到第一个化学定量实验，如果教师能充分利用它，它将能有效地激发学生强烈的兴趣和探究欲，更好地帮助学生理解化学。但是，现行新教材是通过红磷燃烧时氧气的消耗量来测试空气中氧气的体积分数，该实验测得空气中氧气的体积分数平均约为20%，实验结果的准确率不高、趣味性不强。因此，笔者根据本校的实际情况设计了两个简单、结果准确、现象明显有趣的实验来测定空气中氧气的体积分数。
　　
　　方法一：乙醇燃烧法
　　
　　1.实验原理
　　本实验是利用乙醇燃烧时消耗烧瓶内的氧气，导致瓶内压力下降，从而使其在外界大气压的作用下将水压进倒放的圆底烧瓶中，根据烧瓶的进水量就能算出空气中氧气的体积分数。因为本实验是利用瓶内压力减少而形成喷泉，所以对于本实验来说，无论是教师还是学生进行操作，它均具有安全、快捷、简单、有趣、准确的优点。
　　2.实验用品
　　50mL、200mL、300mL的圆底烧瓶，500mL的锥形瓶，铁架台（含铁夹），单孔橡皮塞（7mm），干净的不锈钢针头（0.63×60mm），带活塞的塑料管，少量棉花、水、乙醇。
　　3.实验装置图（如右图）
　　
　　反应容器是一个倒放的圆底烧瓶，该烧瓶带有一个7mm孔的橡皮塞，一根长30cm带活塞的塑料管和一个干净的不锈钢针头（0.63×60mm）分别反方向地插到橡皮塞内。注意：注射器针头应该与一根长30cm的带活塞的塑料管连接。）
　　4.实验步骤
　　⑴将一小团棉花固定在注射器针头附近（不能放在针口），并将针头插入橡皮塞的孔中，滴加1滴或2滴乙醇到棉花上。
　　⑵将圆底烧瓶（50mL、200mL或300mL）倒放，用橡皮塞塞住，关闭塑料管上的活塞，把塑料管插进橡皮塞内，并用铁夹固定圆底烧瓶。
　　⑶点燃棉花上的乙醇，迅速用橡皮塞塞紧倒放的圆底烧瓶（如装置图）。几秒后，当烧瓶内的氧气耗尽时，乙醇的火焰熄灭，从而导致烧瓶内压力减少。
　　⑷将塑料管末端浸入一个含有4/5容积水的500mL的锥形瓶中，然后打开塑料管上的活塞，此时，不锈钢针头就会产生喷泉，直至烧瓶内外的压力相等为止。
　　⑸用量筒测量进入倒放圆底烧瓶内水的体积，或是用量筒测量反应前后锥形瓶内水的体积变化，就可计算出烧瓶内空气中氧气的体积分数。
　　5.结果计算
　　空气中氧气的体积分数的计算式子如下：
　　
　　方法二：一氧化氮氧化法
　　
　　1.实验原理
　　NO具有未成对电子，易与O2反应生成NO2（2NO + O2== 2NO2），应用该反应能非常迅速、有效地测定空气中氧气的体积分数。这个反应可以在一个倒放的带刻度的圆柱形仪器中进行，该仪器的一端开口并浸入水槽的水面下；然后，反应生成的红棕色NO2气体与水反应（2NO2+ H�2O ==HNO3+ HNO2），此时，由于气体体积减少（气体体积减少是空气中氧气的体积的3倍），压力减少导致仪器内水面上升，从而能迅速准确地测定空气中氧气的体积分数。该实验有明显的颜色变化和水体积的变化，具有现象明显、快捷、简单的优点。
　　2.实验用品
　　底部有支管的贮水瓶，带活塞的导管，双孔塞，一个充满NO的广口瓶，有一定角度的弯导管，注射器，一个50mL带刻度的圆柱形仪器，橡皮塞，水槽，水，石蕊试液。
　　3.实验装置图
　　
　　4.实验步骤
　　⑴用广口瓶收集满一瓶的NO，如上图装配仪器。
　　⑵让带刻度的圆柱形仪器充满水，并将其倒放入一个装有水的大水槽内，把导管口移离圆柱形仪器口，把导管的活塞打开，用排气法把导管内的空气排出并使导管内充满NO。
　　⑶将导管移到圆柱形仪器口，使圆柱形仪器充入30mL的NO，另用注射器向圆柱形仪器加入10或20mL空气。
　　⑷用橡皮塞塞紧带刻度的圆柱形仪器后，将其充分振荡；并在水面下把橡皮塞打开。
　　⑸调整圆柱形仪器内水面，并记录水槽内的水面和圆柱形仪器气体的体积。
　　5.结果计算
　　本实验的气体体积变化：△V ＝VNO+ Vair- Vfinal ①
　　根据反应2NO + O2== 2NO2，�，消耗的NO 的体积是O2体积的两倍，再根据反应2NO2+ H2O ==HNO3+ HNO2，NO2，�是消耗完全的，因此，反应的体积变化：△V ＝ 3VO2②
　　本实验中△V是可测量的，所以根据②式得氧气的体积是
　　VO2＝ △V�3S
　　最后，空气中氧气的体积分数是O2%＝100△V�3Vair%
　　
　　参考文献：�
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