“暖貼”除氧快速測定空氣中氧氣體積分數

吳長順+?お?

1實驗的改進背景與目的

化學教材中測定空氣中氧氣的體積分數，人教、滬教、湘教版采用“磷燃燒法”測定，魯教版采用“銅粉作為脫氧劑”的方法測定，均沒有采用鐵粉作為脫氧劑的方法來測定的。主要原因是鐵粉除氧速度慢、耗時長。實際上，鐵粉作為脫氧劑也是可行的，如果速度能提上來，實驗現象明顯，比“磷燃燒法”、“銅粉作為脫氧劑法”更好。

目前市場上出現了各種各樣御寒的“暖貼”，其發熱原理就是利用鐵緩慢氧化生銹放出熱量。所以筆者開始有目的探究“暖貼除氧反應”是否快速可行，經過反復實驗驗證，反應速度快且效果顯著。

市場上有大量帶刻度的試管銷售，其優點是帶有刻度，反應后可直接讀取計量數字，減少轉移測量過程，這給有些定量化學實驗的簡約化，帶來了很大的方便，也給用“暖貼”測定空氣中氧氣體積分數的定量實驗提供了優化、改進、創新的條件。

2用“暖貼”測定空氣中氧氣體積分數的必要性

2.1磷燃燒法無法逃避的幾個問題

（1）磷燃燒產生的污染物的處理。

磷燃燒會產生五氧化二磷，極易與水反應生成磷酸或有毒的偏磷酸，人體可吸入、食入或經皮膚吸收，危害健康。五氧化二磷對呼吸道有刺激性，眼睛接觸可致灼傷，造成永久性損害；皮膚接觸會導致嚴重灼傷。

（2）過量白磷的處理。

由于白磷有劇毒，要除去過量的白磷，給實驗操作增加復雜性。

（3）燃燒膨脹造成的安全隱患的排除。

（4）實驗普及性有難度，教材多以演示實驗的方式呈現。

（5）實驗精度無法保障。

2.2銅粉除氧無法逃避的幾個問題

（1）燃燒膨脹造成的安全隱患。

（2）實驗裝置的穩定性問題。

（3）由于裝置相對復雜，實驗的普及性較低。

測定空氣中氧氣含量實驗是中學化學第一個定量實驗，也是最典型的教學型實驗。做好空氣中氧氣含量的測定實驗，對學生學習化學具有很大的輔助與啟蒙作用。雖然很多人改進了測定實驗，但要達到精確、安全、快速、簡約、低成本的目的，筆者在刻度試管中使用“暖貼”除氧就能夠順利實現。

3使用“暖貼”除氧完成實驗

“暖貼”中含有高純度、極細優質的鐵粉，活性炭，食鹽，蛭石粉等。高純度、極細優質的鐵粉大大增加了反應接觸面積；活性炭有極強的吸水性，保持反應物的濃度；食鹽加快了鐵生銹的速度；蛭石粉膨化起到保溫作用。通過反復實驗確認，“暖貼”除氧在刻度試管中進行可以快速、安全、準確、簡約、低成本地實現測定空氣中氧氣的體積分數。達到了操作簡單，成本低，過程環保、安全，現象明顯，誤差小，微型化，便于普及推廣的目的。

3.1實驗儀器及試劑

30 mL有刻度試管、小燒杯、配套的橡皮塞、藥匙、“暖貼”1袋、蒸餾水。

3.2實驗操作

（1）將刻度試管放在水中潤濕，剪開“暖貼”，用藥匙取暖貼中的藥品（含鐵粉、食鹽等）約2藥匙（過量），送入試管內，用橡皮塞蓋緊后搖勻。

（2）大約2.5～3 min左右，將試管倒插入裝有冷水的燒杯中一會兒，在水下取出塞子讓水進入試管后再塞緊橡皮塞，取出刻度試管。

（3）將試管正放，讀出試管內水的體積約為56 mL。

4改進的意義

4.1操作更加安全

“暖貼”除氧法相對于磷燃燒法，有效排除了反應系統內因燃燒體積膨脹導致瓶塞彈出的危險，更加安全。

4.2誤差小

采用刻度試管，讀數比原實驗中的估讀更準確；實驗在相對密閉的體系中進行，減少了空氣的逸出與進入；不另用導管連接燒杯“引水”，避免了原實驗中有水滯留導管而造成的誤差。鐵生銹除氧率比磷燃燒除氧率高，實驗誤差小。

4.3操作簡單、實驗耗時短、獲取多元知識

由于刻度試管的使用，操作更加簡單。用“暖貼”除氧速度快，加深了學生對鐵生銹條件的理解，還能通過該實驗體會“暖貼的使用原理及鐵生銹的好處”，培養學生正確認識物質利弊的辯證思想。

4.4更加環保

利用“暖貼”中鐵快速生銹消耗空氣中的氧氣生成鐵銹固體，有效避免了磷燃燒產生有害的五氧化二磷，更加環保。

4.5利于普及為學生實驗

由于操作簡單安全，耗時短，現象明顯，成本低廉，實驗成功率高，可以作為學生實驗普及、推廣。

收稿日期：2017-03-04