張志輝

（常州市朝陽中學(xué)江蘇常州213000）

初中實(shí)驗(yàn)室能收集到100%的氧氣？
——DIS探究哪種方法收集的氧氣更純些

張志輝

（常州市朝陽中學(xué)江蘇常州213000）

運(yùn)用DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)技術(shù)測(cè)量制得氧氣含量，得出利用初中常見制取氧氣的方法是不可能收集到100%的氧氣，并分析其中可能原因。

氧氣；制??；濃度；DIS；初中

［問題的提出］

最近參加省初中實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)大賽，一位選手講鐵絲與氧氣反應(yīng)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，多次提到利用雙氧水分解，通過排水法收集到20%、40%、60%、80%、100%的氧氣做實(shí)驗(yàn)，講得非常精彩。

我存在疑惑：初中實(shí)驗(yàn)室制氧氣常見方法兩種：高錳酸鉀熱分解和雙氧水催化分解；收集方法兩種：向上排空氣法和排水法。利用上述方法能收集到100%的氧氣嗎？

我們一般認(rèn)為氧氣的密度因與空氣的密度相差不大，最好采用排水法收集，真是排水法收集到氧氣濃度更大？因?yàn)樗魵獾拇嬖冢潘ㄊ遣豢赡苁占?00%的氧氣的。那初中實(shí)驗(yàn)室用哪種方法制氧氣，哪種方法收集氧氣，會(huì)使制得的氧氣濃度更大些呢？

［探究目的］

1.雙氧水催化分解和高錳酸鉀熱分解利用同種方法收集氧氣，兩種方法制得的氧氣濃度濃度關(guān)系比較；

2.同種方法制得氧氣，排水法和向上排空氣法收集到的氧氣濃度關(guān)系比較；

3.對(duì)氧氣干燥處理，排空氣法收集到氧氣濃度如何？

［探究?jī)x器及試劑］

［探究思路］

1.用雙氧水催化分解的方法制取氧氣，分別用排水法和向上排空氣法收集氧氣，測(cè)氧氣濃度。

2.高錳酸鉀熱分解制氧氣，用向上排空氣收集。

3.用雙氧水催化分解的方法制取氧氣，將氧氣通過濃硫酸后收集，測(cè)氧氣濃度。

［探究方案］

1.用雙氧水催化分解的方法制氧氣，用排水法收集滿3瓶氧氣如圖1。

2.按照裝置圖組裝實(shí)驗(yàn)裝置，用數(shù)據(jù)線連接計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集器、氧氣傳感器、如圖2所示。

圖1

圖2

3.打開DISLabV6.0實(shí)驗(yàn)軟件系統(tǒng)，點(diǎn)擊“通用軟件”，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別所接入的傳感器，并顯示當(dāng)前空氣中氧氣含量值如圖3，數(shù)據(jù)記錄在表1中。

圖3

4.將氧氣傳感器分別插入3個(gè)集滿氧氣的集氣瓶中，測(cè)各集氣瓶中氧氣含量值，記錄數(shù)值于表1。

5.將步驟1中的收集方法改用向上排空氣法收集滿3瓶氧氣（驗(yàn)滿方法：以能使集氣瓶口帶火星的木條復(fù)燃后再收集30s[1]），重復(fù)上述步驟4。

6.用高錳酸鉀熱分解按步驟5方法收集滿3瓶氧氣，重復(fù)上述步驟4。

7.用雙氧水催化分解的方法制氧氣，將制得的氧氣通過濃硫酸后按步驟5方法操作。

［現(xiàn)象記錄］

［數(shù)據(jù)分析］

1.測(cè)得空氣中氧氣含量為19.6%，沒有達(dá)到我們平常所講的21%左右，這可能與所使用傳感器的準(zhǔn)確度有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)使用的是同一氧氣傳感器，系統(tǒng)誤差相同，不影響數(shù)據(jù)比較。

表1 （空氣中氧氣含量：19.6%）

2.通過表1數(shù)據(jù)我們可以發(fā)現(xiàn)：

（1）雙氧水催化分解制氧氣，氧氣不經(jīng)過干燥，則兩種收集方法收集到氧氣濃度差不多，向上排空氣法收集到氧氣含量略大（大0.9%）；

（2）高錳酸鉀分解制氧氣，氧氣不經(jīng)過干燥，向上排空氣法收集到的氧氣比雙氧水催化分解制氧氣向上排空氣法收集到氧氣含量大（大2.8%）；

（3）氧氣經(jīng)過干燥，向上排空氣法收集到的氧氣含量比不經(jīng)過干燥收集到氧氣含量大得多（分別大8.3%、5.5%）。

［解釋及建議］

1.因氧氣的密度與空氣相差不大和空氣對(duì)流等因素，排空氣法收集到氧氣與空氣不可能完全分開。若氣體與空氣密度相差越大，收集到氣體含量會(huì)相對(duì)大一些。排水法收集，因?yàn)樗魵獯嬖?，所以也不可能收集到很純的氧氣。?duì)于氧氣而言，也并不是像我們平常所說的排水法比向上排空氣法好，而是兩種收集方法都可以，收集到的氧氣含量差不多。

2.同樣是用向上排空氣法收集氧氣，用高錳酸鉀比用雙氧水制取的氧氣濃度大些，這可能是與水蒸氣含量有關(guān)，雙氧水制得氧氣水蒸氣含量高。

3.做鐵絲（鐵絲為一般鐵絲，直徑1mm）燃燒實(shí)驗(yàn)時(shí)，用高錳酸鉀制得氧氣要比雙氧水制得氧氣成功率高些，這可能與氧氣含量和水蒸氣含量有關(guān)。但若用干燥后收集的氧氣實(shí)驗(yàn)就一定會(huì)成功。

綜上實(shí)驗(yàn)分析，利用初中制取氧氣的方法在實(shí)驗(yàn)室是不能收集到100%的氧氣的。

[1]宋時(shí)雨.使帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度極限的實(shí)驗(yàn)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2001，（8）

[2]譚祥中，涂紅梅.鐵絲在氧氣中燃燒實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].化學(xué)教學(xué)，2008，（12）

七、實(shí)驗(yàn)反思

該實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，節(jié)約環(huán)保，時(shí)間較短，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象直觀有趣。為了增強(qiáng)視覺效果和趣味性，還可以將小圓點(diǎn)換成其它簡(jiǎn)單圖案，比如各種幾何形狀、花邊修飾等等。為了取得最佳實(shí)驗(yàn)效果，在實(shí)驗(yàn)過程中還應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1.應(yīng)使用新制濃氨水。如果氨水放置時(shí)間太久或濃度太小，會(huì)使實(shí)驗(yàn)耗時(shí)延長(zhǎng)，變紅現(xiàn)象不夠明顯。

2.如果用膠頭滴管吸取濃氨水，可能會(huì)因?yàn)橐旱翁?，滴到濾紙上時(shí)會(huì)向四周浸潤(rùn)，難以形成規(guī)則的圓形，或操作者預(yù)先設(shè)計(jì)的圖案，所以用玻璃棒沾取比較容易操作。

3.實(shí)驗(yàn)時(shí)試管水平放置，推動(dòng)注射器活塞的速度不宜太快，以免濃氨水來不及被棉花吸收就沿著試管內(nèi)壁流下，接觸到濾紙上的無色酚酞，使實(shí)驗(yàn)結(jié)論缺乏說服力。

4.放置在試管中的濾紙最好距離棉花1厘米左右。如果太近，當(dāng)濃氨水浸潤(rùn)棉花時(shí)，可能會(huì)接觸到濾紙；太遠(yuǎn)，會(huì)延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

5.在使用無色酚酞的過程中避免手接觸到酚酞溶液，否則會(huì)使少量酚酞轉(zhuǎn)移到棉花團(tuán)上，使實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)棉花變紅的現(xiàn)象。

1008-0546（2013）12-0092-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2013.12.037