2025年高考測定空氣里氧氣含量的“趣味性”設計
來源：網絡整理 2024-11-18 09:20:14
教材里已有的實驗設計，受到實驗誤差過大的困擾。主要有：盛燃著的磷的燃燒匙從伸入集氣瓶內到塞緊塞子前會有部分空氣因熱膨脹而“漫”出瓶外，不能準確度量集氣瓶內空氣的實有體積；若燃燒匙伸入瓶內速度不夠快時，還可能產生倒吸水達集氣瓶實際容積2/5的現象；磷只在一處燃燒，產生的白煙不能與周圍的空氣快速置換位置而將火焰過早“窒息”；止水夾前后段玻璃管內空氣里的氧氣也難以參與磷的燃燒；盛水燒杯內水位的高低與導管口在水下的位置的深淺不同，也會對水的倒吸產生一定的影響。
本實驗設計的主旨，意在盡可能減少實驗誤差，提高這一定量實驗的精度。
1．實驗裝置（如圖所示）
取Ф32mm×200mm試管一支，用量筒和水測其80mL和100mL水面并作好標記。取長條形寬窄、厚薄均勻的金屬片彎成與試管內弧度一致的金屬槽，按相等間隔將其中間部分挖成“門”字形，成為“金屬梯”。“金屬梯”的每一步做成“凹”形，用以放置1小粒白磷。可用量筒和水測出空氣的實際體積。
空氣的實際體積=100mL－金屬梯在100mL刻度內的體積－白磷的體積
2．實驗操作及現象
在“金屬梯”的每一步上放置一顆吸干水后的白磷，伸到試管內，用鐵架臺將試管固定好，試管口下方放置盛水的玻璃水槽。用套有乳膠管的針筒抽取試管內的多余空氣至水位上升到100mL處，取出乳膠管。
用“電吹風”吹熱風加熱試管內下部白磷，或用放大鏡會聚6伏手電筒光于第一步“金屬梯”處的白磷上，可觀察到，白磷象“上樓梯”般依次燃燒，開始時冒白煙，燃燒快停止時在倒置試管的上部出現黃煙，此為空氣里的氧氣快耗盡的現象。待火焰熄滅，試管不發燙時，可用水槽中的冷水澆在試管上，使試管內溫度快速恢復到初始溫度，加快實驗速度。此時可觀察到，試管內水位上升到一定位置后恒定不動，與空氣實際體積相比較后得出氧氣含量。
氧氣的測量體積=水的測量體積－被水位上升淹沒的金屬梯體積
本實驗設計經多次實測，測得100mL空氣里氧氣體積為17mL～19mL，實驗精度在81％～91％之間。
3．誤差分析
主要誤差來自于燃燒方式本身。因空氣里的氧氣在耗盡前燃燒就會停止。
關于燃燒停止后剩余氣體里有無殘余氧氣；剩余混合氣體里氧氣比例小到什么程度時燃燒就會停止；可作為新的探究性課題，留待課后安排學生作進一步探究。
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