2025年高考測(cè)定空氣里氧氣含量的“趣味性”設(shè)計(jì)

　　教材里已有的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，受到實(shí)驗(yàn)誤差過(guò)大的困擾。主要有：盛燃著的磷的燃燒匙從伸入集氣瓶?jī)?nèi)到塞緊塞子前會(huì)有部分空氣因熱膨脹而“漫”出瓶外，不能準(zhǔn)確度量集氣瓶?jī)?nèi)空氣的實(shí)有體積；若燃燒匙伸入瓶?jī)?nèi)速度不夠快時(shí)，還可能產(chǎn)生倒吸水達(dá)集氣瓶實(shí)際容積2/5的現(xiàn)象；磷只在一處燃燒，產(chǎn)生的白煙不能與周圍的空氣快速置換位置而將火焰過(guò)早“窒息”；止水夾前后段玻璃管內(nèi)空氣里的氧氣也難以參與磷的燃燒；盛水燒杯內(nèi)水位的高低與導(dǎo)管口在水下的位置的深淺不同，也會(huì)對(duì)水的倒吸產(chǎn)生一定的影響。

　　本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的主旨，意在盡可能減少實(shí)驗(yàn)誤差，提高這一定量實(shí)驗(yàn)的精度。

　　1．實(shí)驗(yàn)裝置（如圖所示）

　　取Ф32mm×200mm試管一支，用量筒和水測(cè)其80mL和100mL水面并作好標(biāo)記。取長(zhǎng)條形寬窄、厚薄均勻的金屬片彎成與試管內(nèi)弧度一致的金屬槽，按相等間隔將其中間部分挖成“門(mén)”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(cè)出空氣的實(shí)際體積。

　　空氣的實(shí)際體積=100mL－金屬梯在100mL刻度內(nèi)的體積－白磷的體積

　　2．實(shí)驗(yàn)操作及現(xiàn)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(nèi)，用鐵架臺(tái)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(nèi)的多余空氣至水位上升到100mL處，取出乳膠管。

　　用“電吹風(fēng)”吹熱風(fēng)加熱試管內(nèi)下部白磷，或用放大鏡會(huì)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(kāi)始時(shí)冒白煙，燃燒快停止時(shí)在倒置試管的上部出現(xiàn)黃煙，此為空氣里的氧氣快耗盡的現(xiàn)象。待火焰熄滅，試管不發(fā)燙時(shí)，可用水槽中的冷水澆在試管上，使試管內(nèi)溫度快速恢復(fù)到初始溫度，加快實(shí)驗(yàn)速度。此時(shí)可觀察到，試管內(nèi)水位上升到一定位置后恒定不動(dòng)，與空氣實(shí)際體積相比較后得出氧氣含量。

　　氧氣的測(cè)量體積=水的測(cè)量體積－被水位上升淹沒(méi)的金屬梯體積

　　本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)經(jīng)多次實(shí)測(cè)，測(cè)得100mL空氣里氧氣體積為17mL～19mL，實(shí)驗(yàn)精度在81％～91％之間。

　　3．誤差分析

　　主要誤差來(lái)自于燃燒方式本身。因空氣里的氧氣在耗盡前燃燒就會(huì)停止。

　　關(guān)于燃燒停止后剩余氣體里有無(wú)殘余氧氣；剩余混合氣體里氧氣比例小到什么程度時(shí)燃燒就會(huì)停止；可作為新的探究性課題，留待課后安排學(xué)生作進(jìn)一步探究。

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