空气中氧气含量的测定实验,是初中化学的一个重要实验。早在两百多年前,法国化学家拉瓦锡就通过实验得出了空气主要是由氧气和氮气组成的结论。

空气中氧气含量的测定实验怎么讲(空气中氧气含量的测定实验)(1)

拉瓦锡将少量的汞放在密闭容器中连续加热12天,结果发现有一部分银白色的液态汞变成了红色的粉末(那就是氧化汞),同时容器里空气的体积差不多减少了五分之一。剩余的五分之四体积的气体既不能供给呼吸,也不能支持燃烧,这些气体就被称为氮气。

将生成的红色粉末收集起来,高温加热,又得到了汞和氧气,而且得到的氧气的体积恰好就是密闭容器里所减少的气体体积。最后将得到的氧气和剩下的五分之四体积的气体混合,得到的气体跟空气的性质完全一样。从而拉瓦锡就得到“空气由氧气和氮气组成,且氧气约占空气总体积的五分之一”的结论。下图就是拉瓦锡实验的设置简图:

空气中氧气含量的测定实验怎么讲(空气中氧气含量的测定实验)(2)

但是,由于当时的设置不够先进,可能造成比较大的误差,因此现代化学实验室又重新根据拉瓦锡的实验原理,设计了更加精密的实验。下图是现代实验室测定氧气在空气中含量的实验装置。

空气中氧气含量的测定实验怎么讲(空气中氧气含量的测定实验)(3)

实验装备非常简单,只有一个带有孔橡胶塞的集气瓶,一根燃烧匙,一个烧杯和一条带弹簧夹的胶皮管连接两根玻璃导管。

实验在烧杯中加入足量的水,集气瓶内加入少量的水,并将水面上方空间分成5等份。其实是在预先知道氧气体积约占空气体积的五分之一的情况下,才会把它分成5等份的。所以与其说是在测定空气中氧气的含量,不如说是在验证拉瓦锡的结论。

实验前要先检查装备的气密性。然后用弹簧夹把胶皮管夹紧,否则在后面的操作中,集气瓶内的气体有可能从胶皮管溢出,从而影响到实验结果的正确性。

如图,点燃燃烧匙内的红磷后,立即伸入瓶中并把塞子塞紧,动作一定要快,而且红磷一定要足量或者过量,否则可能无法消耗光集气瓶内的氧气。观察红磷的燃烧现象,虽然这一点和实验的目的没有什么关系,但我们不能放过任何一个观察的机会。

等到红磷熄灭并且集气瓶内的气体冷却之后,再打开弹簧夹,如果没有冷却就打开弹簧夹,则集气瓶内的气体由于热胀,会影响实验的结果。打开弹簧夹后观察实验现象,会看到右边烧杯中的水被吸入集气瓶,吸入的体积正好是原来水面上方空间的五分之一。

空气中氧气含量的测定实验怎么讲(空气中氧气含量的测定实验)(4)

这就说明了氧气体积约占空气体积的五分之一,证明拉瓦锡关于氧气在空气中的含量结论是正确的。

其实实验本身非常简单,并不难掌握和操作。对于几乎所有的化学实验,真正的难点来自于实验失误的原因探究。因此在上面的实验过程中,老黄提出了很多需要注意的地方,那么假如这些地方没有注意好,会造成怎样的实验误差呢?结果是偏高还是偏低?或者出现数据偏高或偏低时,你能找到误差的原因吗?这才是实验中真正的难点。

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