邵阳市新宁县第一中学 李开清
摘要：化学是一门以实验为基础的自然科学，化学课程改革以科学探究为突破口，而科学探究的重要形式是实验:实验需具有科学性，严谨性，且绿色环保无污染无毒的特点。“测定空气中的氧气的含量”实验是九年级人教版化学（上册）第二单元 《课题一 空气》中的一个演示实验。教材实验的方法是将红磷在集气瓶外引燃，再伸入集气瓶中。此实验方法存在较大的误差，在集气瓶n产生少量污染物无法吸收，且成功率较低。
本文针对传统实验的不足，通过：发现问题——提出问题——寻找解决问题的方法——实践中反复验证，对此实验进行改进。最终此实验采用红磷密闭装置内引燃，注射器缓冲压强，且用澄清石灰水吸收污染物的方法进行改进。经实践，此方案的误差更小，实验更严谨，污染物得到充分的吸收且成功率高。
关键词：实验改进，密闭装置；缓冲压强；严谨性，误差小，绿色环保
1、实验原理
拉瓦锡实验与教材实验都体现出三个共同特点：
①反应物只消耗空气中的氧气，不与其他物质反应。
②生成物只有固体，固体几乎不影响装置内气体压强。
③密闭空间内产生压强差，液体倒吸，液体倒吸的体积即为消耗氧气的体积。
2、教材实验存在的问题
2．1实验步骤：
①在集气瓶内加入少量水，并将水面上方空气分为5等份，用弹簧夹夹紧胶皮管。
②点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入瓶中并把塞子塞紧，观察红磷燃烧现象。
③待红磷熄灭并冷却后，打开弹簧夹，观察实验现象及水面的变化情况。
2．2实验现象
红磷燃烧产生白烟，水倒吸入集气瓶中，倒吸液体的体积小于集气瓶体积的1/5。
2．3实验误差分析及其他存在的问题
①红磷点燃后再放入集气瓶中，使空气溢出，导致测量t果偏大。
②实验前导气管中没水，实验后导气管中充满水，导致测量结果偏小。
③氧气浓度降低，不能支持红磷燃烧，集气瓶中有氧气剩余，导致测量结果偏小。
④红磷在集气瓶外引燃，产生少量白烟污染空气。
⑤五氧化二磷溶于水，产生偏磷酸有毒。
⑥红磷集气瓶内燃烧，放热，使瓶内压强增大，易冲开活塞。
3、实验改进思路
教材实验存在的问题主要集2于三个方面：
①红磷装置外引燃
②活塞易冲开
③导气管实验前未充满液体导致前后体积差
针对此问题，改进需解决的问题主要是：
①红磷装置内引燃
②增加压强缓冲装置
③导气管事先充满水或省去导气管
4、实验改进探究
问题1：反应物及反应装置的确定
此实验的反应物需具有只消耗氧气、产物只有固体、在密闭空间内易引燃的特点。白磷、红磷、部分金属单质可用于此实验。然“白磷”有毒，应尽量避免使用到课堂演示实验及学生探究性实验中；金属单质如“铁”，与氧气发生缓慢氧化反应速度太慢，不适合课堂实验，且不能直观的判断装置内氧气是否反应充分。
综上原因分析，“红磷”是此实验的最佳反应物，且红磷着火点240℃，将红磷置于试管中用酒精灯加热即可引燃。实践中发现用小口径试管加热红磷时，红磷不燃烧产生火焰，且易受热升华成黄磷，消耗氧气不充分，误差较大。故此实验需用口径较大的试管。
问题2：压强缓冲装置的确定
由于此装置使用的是密闭的试管中加热，燃烧时压强瞬间增大，为避免冲开活塞，必须加入压强缓冲装置。气球及活塞可缓冲压强。
实践证明气球缓冲压强存在不足，主要体现在：
①红磷燃烧产生的五氧化二磷与水蒸气反应生成的偏磷酸易腐蚀气球，使气球破裂。
②气球受热膨胀时，气球内冲入少量空气残留，氧气不能得到充分反应，引起实验测量结果偏小。
基于气球缓冲压强不足的原因，采用活塞缓冲压强，且能方便与橡胶塞连接，带针头的注射器符合这一要求。
实践证明，注射器缓冲压强具有的优点：
①可适时推动活塞将缓冲到注射器中的空气完全推入到反应容器中p与反应。
②反复推动活塞，使装置内气体流通，与红磷充分接触充分反应，减少实验误差。
问题3：导气管及污染物的处理
Ⅰ导气管的处理：为不增加实验的复杂性，仍使用导气管，可用注射器事先将导气管中注满水。
Ⅱ污染物的处理：五氧化二磷溶于冷水产生偏磷酸有毒，故使用九年级学生已经接触过的澄清石灰石水吸收，将有毒的偏磷酸转化成无毒的偏磷酸盐。
最终实验方案简易装置如图1所示。
图1：“红磷燃烧测定迤中氧气的含量”改进实验装置图
5、改进实验的具体操作
5．1实验仪器与试剂
实验仪器：带试管夹的铁架台，100 ml大试管，单孔带导气管的橡皮塞（插入60 ml注射器），止水夹，注射器，酒精灯，烧杯，火柴，药匙，胶头滴管
实验药品:红磷、澄清石灰水、蒸馏水、品红（增强实验的现象）
5．2实验步骤
①连接装置检查装置气密性,并将试管分成五等份。
②向装有水的烧杯中加入少量Ca(OH)2溶液及品红溶液。
③用注射器将导管抽满水并立即用止水夹夹住，将连接橡胶塞的注射器活塞推在底部。
④取适量的干燥t磷于试管中部，塞紧橡胶塞固定在铁架台上,并将导管末端伸入液体中。
⑤点燃红磷，稍后轻轻推动活塞将注射器内完全空气推入大试管中，并反复推动i次。
⑥待试管冷却至室温后，调整试管口向上倾斜，打开止水夹，观察现象。
5．3实验成功的关键
①装置气密性要好，且使用口径较大的试管进行实验
②红磷应预先干燥，研磨成粉末，且置于试管中部便于消耗两端氧气。若红磷未干燥，水蒸气过多，推动活塞时因压强过大冲开橡胶塞。
③红磷燃烧时，应轻轻推动活塞，使注射器内的空气进入试管中参与反应,过程中需反复推动活塞使空气流通。
④冷却后，打开止水夹时，应将烧杯与试管置于同一高度。
5．4实验现象及结论
Ⅰ实验现象：①红磷剧烈燃烧，发出黄色火焰，放热，产生大量白烟。
②红磷燃烧时注射器活塞向外移动，稍后像内移动
③冷却后打开止水夹，烧杯中液体倒吸入试管中
④进入试管中的液体约占试管体积的1/5
Ⅱ结论：空气中的氧气体积约占空气的1/5
6、改进实验的优势
经反复实践，改进实验与传统实验相比更环保，更严谨，误差更小，现象更明显，成功率更高。且装置简单，适合课堂演示实验及学生实验，操作方便。具体体现如下：
①试管内引燃，避免空气逸出，减少误差。
②使用注射器缓冲压强，避免加热时冲开活塞，且能使试管内的氧气与红磷充分反应。
③导管中先充满水，避免液体残留导致体积误差。
④加入Ca(OH)2溶液将有毒的偏磷酸转化成无毒的偏磷酸盐。
⑤加入品红使液体倒吸时现象明显。
7、实验改进结论
将传统实验用红磷装d外引燃后伸入集气瓶中的实验方法改为密闭装置内引燃，加入压强缓冲装置，并改用澄清石灰水吸收五氧化二磷。此方法的改进，装置内空气不会溢出，装置外不会残留五氧化二磷，能确保装置的气密性，液体倒吸的体积全为装置内消耗氧气
体积，使得实验更严谨，更安全，更环保、所测消耗氧气的体积1近空气体积的1/5,误差更小。然此实验仍有一定的误差：氧气浓度降低到一定程度，无法支持红磷燃烧，使得装置内残留少量氧气。
参考文献：
[1] 潘露瑶．空气中氧气含量的测定实验改进方案 江阳区通滩中学
[2] 胡晓燕. 初中化学探究教学方案设计与实施[D]. 河北师范大学， 2012.
[3] 宛弘燕. 中学化学探究性学习教学设计理论与实践研究[D]. 华中师范大学， 2008.