本文来源《化学教学》2019年第7期
摘要：阐述精确测量空气组成的意义，指出现有测量方法的不足之处，改进用食品脱氧剂测定空气中氧气含量的方法。采用粗细均匀且长度与内径比值大于100的有机玻璃管作为实验仪器，通过测定密闭体系中空气在脱氧前的体积及在脱氧后减少的体积的比值，精确地测定空气中氧气含量为20.94%。根据食品脱氧剂的脱氧效果，分析讨论气体体积测量装置能精确测量气体体积和空气组成的原因。
关键词：测定空气组成; 食品脱氧剂; 实验改进
文章编号：10056629(2019)7006603中图分类号：G633.8文献标识码：B
英国学者柏廷顿[1]在1957年版的《化学简史》中指出，18世纪末，一场关于测定空气组成的竞赛正在几个科学家间悄然进行。1775年普里斯特利测出空气中含有1/5的氧气，1777年舍勒测出氧气含量为1/4，1780年拉瓦锡测出了1/6的数值，1781年英国科学家卡文迪什测定出氧气含量为20.83%。卡文迪什的数据与现代测量值20.946%已非常接近[2]，同时，卡文迪什还测出空气中含1/120的惰性气体，这与1894年瑞利和拉姆齐的测定值也非常相似[3]。卡文迪什在实验过程中精益求精的精神是英国工匠精神的体现，他的工作虽然不是首创，但足够精确之后，量变引起质变，使他能够提前100多年预测出稀有气体的存在，从另一个角度体现了创新精神。如卡文迪什这样的精神，使英国在工业革命中拔得头筹，一跃成为世界强国。
如何像卡文迪什那样准确测出空气中氧气含量，一直是国内从事化学教育的学者们难以解决的问题，例如，张欣荣[4]等用白磷脱氧，并用注射器作为气体体积测量工具，测出空气中氧气含量为21%。但该设计有以下缺点：白磷毒性较强，不易作为实验试剂让初中生使用;注射器长度与内径比值较小，测量精度低;注射器内层活塞与外层空筒间有较强摩擦力，灵敏度较低。王胤琪[5]利用多硫化钠脱氧，并用倒置在液面上的试管作为气体体积测量工具，测出空气中氧气含量为20.5%。但多硫化钠制备较为繁琐，且有一定毒性，用试管作测量气体体积的仪器精确度也不够高。徐泓[6]利用食品脱氧剂在密闭的集气瓶中脱氧，并用压强传感器对瓶中脱氧前后气压变化进行测定，从而计算出空气中氧气含量为20.6%。但徐泓老师在测定前，为了增强脱氧效果，将食品脱氧剂用蒸馏水润湿。食品脱氧剂润湿后会迅速放热，使集气瓶中空气温度升高，从而使瓶中压强增大，对实验结果产生干扰。
依据以上文献可知，白磷、多硫化钠和食品脱氧剂的脱氧效果较好，而食品脱氧剂的毒性最小，故本实验选用食品脱氧剂进行脱氧最为适宜。注射器和试管作为体积测量仪器，精确度太低，不宜作为精密量器，压强传感器虽然是数字化仪器，但精度与试管相差不大，因此需要设计一种新的精密量器来测量气体体积。该测量仪器应该具有较强的灵敏度和较高的测量精度。
1 实验部分
1.1 仪器和试剂
不锈钢直尺(量程600mm)、市售有机玻璃管(内径4mm，外径6mm，长600mm)、5mL注射器、橡皮塞(1mL注射器上的橡皮活塞)、剪刀、小刀
市售食品脱氧剂(每小袋1.5g，额定吸氧量30mL，适用空气量150mL)、蒸馏水
1.2 实验原理
市售食品脱氧剂的主要成分是活性铁粉，利用铁的吸氧腐蚀可以除去氧气[7]，而且只要空气含有少量水分，该反应就可以迅速发生。
在一定条件下，测定密闭体系中空气脱氧前的体积与脱氧后减少的体积的比值，就可以测出空气中氧气的含量。
