关于“空气中氧气含量的测定”实验误差分析的实验报告

【内容摘要】在课堂的演示实验中，学生对“空气中氧气含量的测定”实验的误差分析提出了质疑，因此本文针对学生的质疑进行了探究，得出了相关结论，即未冷却就打开止水夹，在本实验的条件下，进水体积偏小。

【关键词】氧气含量 误差分析 进水体积

科粤版九年级化学教材第二章第一节“空气的成分”中，选取了利用红磷在空气中燃烧的实验来测定空气中氧气的含量。

对于此实验的误差分析中有一条认为：若广口瓶未冷却至室温就打开止水夹，则会造成测定结果偏小。

在课堂探究中，有学生提出，若未冷却就打开止水夹，可能还有其他两种情况出现：第一种，瓶内气压可能大于导管末端压强，气体从导管末端逸出，逐渐冷却到室温后，最终进入广口瓶中的水的体积大于1/5；第二种，瓶内气压可能小于导管末端压强，水进入广口瓶后，一方面水会使气体冷却，另一方面也在与外界进行热交换而冷却，故若时间足够，最终进入瓶中的水的体积应约等于1/5。

结合学生的看法，我们与学生共同设计方案进行探究。

1实验目的

探究未冷却至室温就打开止水夹，进水体积与正常值的比较。

2实验原理

红磷在密闭容器内的空气中燃烧，消耗氧气，生成P2O5固体，使瓶内压强减小，小于外界压强，产生压强差。打开止水夹，水就会流入密闭容器内。流入密闭容器内的水的体积即为消耗的氧气的体积，由此测定空气中氧气的含量。

如果红磷的量充足，瓶内氧气会被全部消耗，因为氧气的体积在空气中所占比例约为1/5，因此进水量也应约为广口瓶内气体体积的1/5。

反应方程式：

3实验药品及仪器

红磷、药匙、广口瓶、燃烧匙、带孔橡胶塞、玻璃导管、橡胶管、止水夹、烧杯、秒表、量筒（50mL、1000mL）、胶头滴管、记号笔。

4实验方法

（1）实验装置

（测定空气中氧气含量实验装置图）

（2）实验步骤

①给广口中瓶装满水，再量出广口瓶中水的体积，即为广口瓶的容积。

②严格按照正确的操作步骤，让瓶中气体冷却至室温（20分钟），打开止水夹，记录最终进水体积；

③红磷刚熄灭时就打开止水夹，冷却至室温（20分钟），记录最终进水体积；

④红磷熄灭1分钟后打开止水夹，冷却至室温（20分钟），记录最终进水体积；

⑤红磷熄灭3分钟后打开止水夹，冷却至室温（20分钟），记录最终进水体积；

⑥红磷熄灭4分钟后打开止水夹，冷却至室温（20分钟），记录最终进水体积。

注：每次实验前，给广口瓶中预先加入10mL水。

5实验现象及数据记录

（1）实验时间：2011-9-6，实时气温：22摄氏度。

广口瓶容积：320mL。理论进水量为67.2mL，加上预先加入的10mL水，则最终进水体积的理论值为77.2mL。

（2）实验时间：2011-9-13，实时气温：17摄氏度。

广口瓶容积：320mL。理论进水量为67.2mL，加上预先加入的10mL水，则最终进水体积的理论值为77.2mL。

（3）实验时间：2011-10-13，实时温度：18摄氏度。

广口瓶容积：310mL。理论进水量为65.1mL，加上预先加入的10mL水，则最终进水体积的理论值为75.1mL。

6实验数据分析

第一次实验和第二次实验时，经测定广口瓶容积约为320mL，因为氧气在空气中所占比例为21%，所以理论进水体积应为67.2mL。第三次实验时由于换了新的橡胶塞，经测定广口瓶容积约为310mL，因为氧气在空气中所占比例为21%，所以理论进水体积应为65.1mL。

但由于本实验中空气体积受实时温度的影响较大，再加上系统误差和认为操作的误差，因此会使实际值与理论值有偏差；而且温度也会影响瓶内气体冷却至室温所需的时间。

（1）对第一种假设的讨论：

三次实验均未出现“瓶内气压大于导管末端压强，气体从导管末端溢出”的现象，所以，学生的第一种假设不成立。

（2）对第二种假设的讨论：

第一次实验时，气温为22℃，冷却至室温后瓶中进水量为68mL，比理论值77.2mL小，可能是由于气温、系统误差和人为操作误差所致。之后按照实验操作探究，20min后的进水体积均小于68mL，所以学生的假设在本次实验中未能成立；

第二次实验时，气温为17℃，冷却至室温后瓶中进水量为74mL，比理论值77.2mL小，可能是由于气温、系统误差和人为操作误差所致。之后按照实验操作探究，20min后的进水体积均小于74mL，所以学生的假设在本次实验中也未能成立。

第三次实验时，气温为18℃，冷却至室温后瓶中进水量为71mL，比理论值75.1mL小，可能是由于气温、系统误差和人为操作误差所致。之后按照实验操作探究，20min后的进水体积均小于71mL，所以学生的假设在本次实验中也未能成立。

结论：在现有实验条件下，学生所假设的两种可能性均不成立。因此，未冷却就打开止水夹会导致测定结果偏小。

7实验误差分析

本次实验由于实验条件的限制，没有精密的仪器进行测定，所以存在一定的系统误差，气温的变化对气体体积的影响和人为操作的不当也会造成误差。

8反思

老师可以在课后和学生对此实验结果再进行分析和讨论，也可让学生组成兴趣小组，利用课余时间查阅相关资料，继续做实验进行探究。

新课标下的化学学习更加注重学生思维和创新能力的培养，特别是化学实验，更加是培养学生创新意识和探究意识的最佳方法。通过本次探究，我们应该更加重视在课堂上激发学生的探究意识，发散学生的思维，鼓励学生提出自己的想法，让学生在学会探究的同时也为我们教师注入新的思维方式。