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一、教科书实验的不足
1.燃烧匙从伸进集气瓶到塞紧橡皮塞这段时间里,免不了会有部分空气受热而逸出,这会使测量的结果偏大。
2.没有考虑导气管里的空气。弹簧夹之前的导气管内的空气很难参与燃烧反应,而弹簧夹之后的导气管内的空气则不能参与燃烧反应。在松开弹簧夹后,倒流的水将这些空气排入集气瓶,同时水充满导气管,显然这又使测量的结果偏小。
3.磷被点燃时产生的白烟暴露在空气中,污染环境。
二、新设计的实验装置
经反复实践,笔者研制出一种新的实验装置(如图1所示),成功改进了上述不足。
实验用品主要是：50mL注射器(润滑性良好)、配套的侧孔针头(针孔在接近针尖的侧面处,一定不能使用斜孔针头),250mL锥形瓶(实际容积是320mL)、配套的橡皮塞,燃烧匙；白磷、70℃的硫酸铜溶液(主要用来引燃白磷)。
三、新设计实验的操作和现象
1.取1个250mL锥形瓶,提前用水量法测出其实际容积是320mL；取1个50mL的注射器(配侧孔针头),用力将针头插入橡皮塞中,并露出侧孔,然后调节注射器活塞处于大约10mL的刻度处；取1个燃烧匙,将燃烧匙的铁杆从橡皮塞的反面用力插入橡皮塞中,并露出合适的长度(见图1，此时实验装置里不要装入任何药品)。
2.接下来,检查装置的气密性,即：下推(或上拉)注射器活塞一小段距离后松开手,如果活塞能慢慢回到原来的刻度处,则说明装置不漏气。
3.拔掉橡皮塞,向锥形瓶里注入70℃硫酸铜溶液120mL,这样锥形瓶里空气的体积就是：(320-120)mL=200mL；再用注射器吸取70℃硫酸铜溶液50mL,然后将注射器针头上移到橡皮塞内,这样针头上的侧孔就被橡皮塞封闭了,从而使注射器与锥形瓶不能相通；接下来,取足量的白磷(表面的水不要擦干,以防白磷过早自燃),放入燃烧匙的铜质小勺里。随后,迅速按图1连好仪器(务必将橡皮塞旋紧,以防下一步白磷燃烧时发生冲塞现象)。
4.由于锥形瓶中硫酸铜溶液的温度远远高于白磷的着火点(40℃),因此白磷很快被引燃,并冒出浓厚的白烟,就好像“蓝蓝的大海上硝烟弥漫”。
5.燃烧结束后,等到锥形瓶冷却到燃烧前的温度(约70℃,不能冷却到室温,因为读数时锥形瓶里的气体状态必须与燃烧前保持同温同压),即可用力把注射器针头下推,使针头的侧孔露出橡皮塞,这时注射器与锥形瓶相通；由于锥形瓶内是负压,因此注射器活塞自动向下推动,致使注射器里的硫酸铜溶液强有力地喷入锥形瓶内。
6.最终注射器里的液面大约停留在10mL刻度处,说明流进锥形瓶里的硫酸铜溶液体积是：(50-10)mL=40mL,进而可知锥形瓶内氧气体积约是40mL；由于锥形瓶内原有空气是200mL,故空气里氧气的体积分数约是：40mL/200mL=1/5。
7.振荡锥形瓶,使残余的白磷能被硫酸铜溶液充分吸收(有关的化学方程式是：11P4+60CuSO4+96H2O=20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4)；最后,拆开装置,并清洗、整理仪器。
四、新设计实验的优点
第一,教给学生一种全新的检查装置气密性的方法,开阔了学生的眼界,提高了学生的实验技能。第二,白磷的点燃和燃烧,均在密闭的锥形瓶里进行,因而实验的误差小,也防止了空气污染,这有利于培养学生的环境意识和严谨求实的科学态度。第三,用热的、蓝色的硫酸铜溶液代替水,既能引燃白磷,又能化解剩余白磷的毒性,这有利于激发学生的学习兴趣,培养学生的创新精神。
参考文献
[1] 徐泓.利用“食品脱氧剂“测定空气中氧气含量的系列设计[J].化学教育,2010,11：71～72
[2] 李德前.“测量空气里氧气体积分数“实验再改进[J].化学教育,2010,6：72～73
1.燃烧匙从伸进集气瓶到塞紧橡皮塞这段时间里,免不了会有部分空气受热而逸出,这会使测量的结果偏大。
2.没有考虑导气管里的空气。弹簧夹之前的导气管内的空气很难参与燃烧反应,而弹簧夹之后的导气管内的空气则不能参与燃烧反应。在松开弹簧夹后,倒流的水将这些空气排入集气瓶,同时水充满导气管,显然这又使测量的结果偏小。
3.磷被点燃时产生的白烟暴露在空气中,污染环境。
二、新设计的实验装置
经反复实践,笔者研制出一种新的实验装置(如图1所示),成功改进了上述不足。
实验用品主要是：50mL注射器(润滑性良好)、配套的侧孔针头(针孔在接近针尖的侧面处,一定不能使用斜孔针头),250mL锥形瓶(实际容积是320mL)、配套的橡皮塞,燃烧匙；白磷、70℃的硫酸铜溶液(主要用来引燃白磷)。
三、新设计实验的操作和现象
1.取1个250mL锥形瓶,提前用水量法测出其实际容积是320mL；取1个50mL的注射器(配侧孔针头),用力将针头插入橡皮塞中,并露出侧孔,然后调节注射器活塞处于大约10mL的刻度处；取1个燃烧匙,将燃烧匙的铁杆从橡皮塞的反面用力插入橡皮塞中,并露出合适的长度(见图1，此时实验装置里不要装入任何药品)。
2.接下来,检查装置的气密性,即：下推(或上拉)注射器活塞一小段距离后松开手,如果活塞能慢慢回到原来的刻度处,则说明装置不漏气。
3.拔掉橡皮塞,向锥形瓶里注入70℃硫酸铜溶液120mL,这样锥形瓶里空气的体积就是：(320-120)mL=200mL；再用注射器吸取70℃硫酸铜溶液50mL,然后将注射器针头上移到橡皮塞内,这样针头上的侧孔就被橡皮塞封闭了,从而使注射器与锥形瓶不能相通；接下来,取足量的白磷(表面的水不要擦干,以防白磷过早自燃),放入燃烧匙的铜质小勺里。随后,迅速按图1连好仪器(务必将橡皮塞旋紧,以防下一步白磷燃烧时发生冲塞现象)。
4.由于锥形瓶中硫酸铜溶液的温度远远高于白磷的着火点(40℃),因此白磷很快被引燃,并冒出浓厚的白烟,就好像“蓝蓝的大海上硝烟弥漫”。
5.燃烧结束后,等到锥形瓶冷却到燃烧前的温度(约70℃,不能冷却到室温,因为读数时锥形瓶里的气体状态必须与燃烧前保持同温同压),即可用力把注射器针头下推,使针头的侧孔露出橡皮塞,这时注射器与锥形瓶相通；由于锥形瓶内是负压,因此注射器活塞自动向下推动,致使注射器里的硫酸铜溶液强有力地喷入锥形瓶内。
6.最终注射器里的液面大约停留在10mL刻度处,说明流进锥形瓶里的硫酸铜溶液体积是：(50-10)mL=40mL,进而可知锥形瓶内氧气体积约是40mL；由于锥形瓶内原有空气是200mL,故空气里氧气的体积分数约是：40mL/200mL=1/5。
7.振荡锥形瓶,使残余的白磷能被硫酸铜溶液充分吸收(有关的化学方程式是：11P4+60CuSO4+96H2O=20Cu3P+24H3PO4+60H2SO4)；最后,拆开装置,并清洗、整理仪器。
四、新设计实验的优点
第一,教给学生一种全新的检查装置气密性的方法,开阔了学生的眼界,提高了学生的实验技能。第二,白磷的点燃和燃烧,均在密闭的锥形瓶里进行,因而实验的误差小,也防止了空气污染,这有利于培养学生的环境意识和严谨求实的科学态度。第三,用热的、蓝色的硫酸铜溶液代替水,既能引燃白磷,又能化解剩余白磷的毒性,这有利于激发学生的学习兴趣,培养学生的创新精神。
参考文献
[1] 徐泓.利用“食品脱氧剂“测定空气中氧气含量的系列设计[J].化学教育,2010,11：71～72
[2] 李德前.“测量空气里氧气体积分数“实验再改进[J].化学教育,2010,6：72～73