“空氣中氧氣含量的測定”實驗設(shè)計與改進研究獲獎科研報告

“空氣中氧氣含量的測定”實驗設(shè)計與改進研究獲獎科研報告摘

要：本文通過對“空氣中氧氣含量測定”這一實驗提出的一些改進方法進行比較，同時對實驗改進的方法簡單作一些論述，旨在通過改進化學(xué)實驗。

關(guān)鍵詞：中學(xué)化學(xué);實驗設(shè)計;實驗改進;空氣中氧氣含量的測定

一、引言

隨著時代的進步，課堂教學(xué)內(nèi)容的調(diào)整和教學(xué)目標的改變，對化學(xué)實驗進行不斷改進和創(chuàng)新。同時教師的改進實驗的創(chuàng)新意識會給學(xué)生以潛移默化的影響，激活學(xué)生的創(chuàng)造性思維，提高學(xué)生分析和解決問題的能力。那么要怎樣設(shè)計一個化學(xué)實驗方案，本文試圖通過對同一個實驗的不同改進方案的分析與比較，揭示實驗設(shè)計的基本思路和方法。

二、“空氣中氧氣含量的測定”實驗方案的分析

（一）原有實驗方案介紹

原實驗方案中，在集氣瓶口上配有一個帶有燃燒匙和玻璃導(dǎo)管的橡皮塞，而導(dǎo)管的另一端，則伸入盛水的大燒杯里。先在集氣瓶里加少量的水，再把剩余的容積用記號劃成五等分。實驗時，用酒精燈點燃盛在燃燒匙中的紅磷，然后立即將燃燒匙放入集氣瓶中塞緊塞子。隨著紅磷的燃燒，紅磷和氧氣化合生成五氧化二磷，可觀察到瓶內(nèi)有白煙生成。隨著氧氣的消耗，瓶內(nèi)氣體壓強減小，大燒懷中的水就會進入集氣瓶里，待充分冷卻后，通過測量可得進入的水約占集氣瓶五分之一容積。

（二）改進實驗方案分析

1.改進實驗方案1

在該改進實驗方案1中，頂部有孔的玻璃鐘罩上配一個插有燃燒匙的橡皮塞，蓋在盛有清水的水槽里，取掉橡皮塞并用彩色筆在玻璃鐘罩外側(cè)標記水面位置。在進行實驗時，向燃燒匙中放少量紅磷，置酒精燈上點燃，立即插入鐘罩內(nèi)，并將橡皮塞旋緊?？捎^察到紅磷在鐘罩內(nèi)和空氣中的氧氣化合，生成五氧化二磷白煙，隨著氧氣耗盡并充分冷卻后，水面約可上升到鐘罩內(nèi)原來水面以五分之一容積處。反應(yīng)過程中可觀察到玻璃鐘罩內(nèi)因生成五氧化二磷產(chǎn)生白煙，可通過水與混濁氣體的交界面觀察水面的上升高度。

2.改進實驗方案2

在該改進實驗方案2中，取18×180mm的試管，加單孔橡膠塞，孔中插3cm長的短玻璃導(dǎo)管，玻璃導(dǎo)管上加4cm長的乳膠管，用彈簧夾夾住，試管密閉，并檢驗裝置的氣密性。取黃豆粒大小的一塊白磷，用濾紙擦干水，立即放入準備的試管里，塞上帶乳膠管和彈簧夾的橡膠塞密封，試管在酒精燈上稍作烘烤，白磷即燃，振蕩試管，防止白磷粘在試管壁上。1min左右試管內(nèi)不再產(chǎn)生白煙，撩洗擦洗試管4—5次，使試管溫度迅速降到室溫。把試管倒插入硫酸銅溶液里，打開彈簧夾，可觀察到硫酸銅溶液立即沿乳膠管進入試管，捏住乳膠管，把試管從硫酸銅溶液中取出，正立試管，可觀察到液面高度大約是試管空間高度的1/5。

3.改進實驗方案3

在該改進實驗方案中，因為鐵在潮濕的空氣中受水、氧氣等物質(zhì)的作用，表面很容易生成鐵銹（主要成分是Fe2O3·xH2O）。由于鐵生銹時，消耗的只是空氣中的氧氣，因此，可以通過鐵生銹時空氣體積的減少，來驗證氧氣約占空氣體積的1/5。將約0.4g的細鐵絲（細窗紗）磨光后，團放進10mL量筒底部，加水浸沒鐵絲，用玻璃片蓋住量筒，倒置，小心移動玻璃片，將量筒內(nèi)的水面調(diào)至9.0mL的刻度處，再將量筒倒置在一個盛有少量水的水槽中，移開玻璃片。2天后，可觀察到鐵絲表面有紅褐色的鐵銹生成，量筒內(nèi)水面的高度上升到7.2mL處，說明量筒內(nèi)空氣減少了1.8mL，由此便可計算出空氣中氧氣的含量。

4.改進實驗方案4

在該改進實驗方案中，在加熱的情況下，銅能跟空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)，生長黑色氧化銅。在由兩個注射器組成的密閉系統(tǒng)內(nèi)，將左邊的注射器推至底端，右邊注射器置于30ml刻度處。點燃酒精燈，給裝有打磨光亮的細銅絲的玻璃管加熱，同時交替緩慢推動兩個注射器活塞，可觀察到打磨光亮的細銅絲逐漸變?yōu)楹谏?，且兩個注射器內(nèi)的空氣逐漸減少。待反應(yīng)完成后，停止加熱冷卻至室溫，將其提全部推入另一只注射器內(nèi)，讀出注射器內(nèi)氣體體積。

三、改進實驗方案的比較

通過以上6個實驗方案，可以看出在“測定空氣中氧氣的含量”的實驗中，化學(xué)實驗改進應(yīng)注意的幾個方面都得到了體現(xiàn)：1.在實驗裝置方面;2.在實驗藥品方面;3.在實驗條件方面;4.在實驗安全方面。

通過以上從以上四個方面的分析比較，可以看出在這4個改進實驗方案中最可行的方案是改進實驗方案4。改進實驗方案4所用的藥品易于取得，并且反應(yīng)現(xiàn)象明顯，沒有氣密性不良的缺點，所以改進實驗方案4可以被作為最佳改進實驗方案。

通過改進“空氣中氧氣含量的測