利用“食品脱氧剂”测定空气中氧气含量的系列设计.docx

利用“食品脱氧剂”测定空气中氧气含量的系列设计摘要利用食品脱氧剂吸氧的原理设计了4种测定空气中氧气含量的实验方案，在实验手段上体现了从传统玻璃仪器到数字化实验的更新过程，在实验方法上体现了从粗略到精细的完善过程。关键词脱氧剂氧气含量测定实验设计铁的吸氧腐蚀1问题的提出“实验探究空气中氧气的体积分数”是全日制义务教育化学课程标准（实验稿）中明确提出的“活动与探究建议”，现行初中化学教材中多选用“红磷燃烧”的经典实验设计来测定空气中氧气含量”。但该实验操作略显复杂，而且由于燃烧时氧气不能完全耗尽而影响测定结果。在前人研究26的基础上，笔者利用食品脱氧剂测定空气中氧气的体积分数。该设计原料易得、操作简单、安全可靠、结果更加准确。通过活动引导学生关注身边的化学物质，在探究空气中氧气的体积分数的过程中，不仅习得相关化学知识，掌握一定的实验技能和实验方法，而且认识到食品脱氧剂在食品保鲜中的作用，感受化学对提高人类生活质量的积极作用。2设计原理市售食品（如月饼等）中的食品脱氧剂主要通过化学反应短时间内除去密闭容器或包装中氧气，使食品处于无氧状态（0仃2浓度0.01%以下），有效控制细菌、霉菌等微生物的生长，防止油脂氧化，从而能有效地保持食品的色、香、味,防止维生素等营养物质被氧化破坏，延长食品保质期7。常见的食品脱氧剂多为无机铁系脱氧剂，其主要成分为活性铁粉，利用铁的吸氧腐蚀除去氧气，主要反应如下：本实验通过测定盛有脱氧剂的密闭装置中气体体积变化或压强的变化来测定氧气的体积分数。为提高吸氧的速率，"脱氧剂''也可按下列方法自制：称取2g还原铁粉、0.5gNaCl和0.5g活性炭于滤纸上，混合均匀后包好，滴入约1m1.水润湿，用密闭塑料袋装好备用。3实验设计3.1实验方案1图1将脱氧剂放入100m1.量筒,用玻璃棒小心地将其捅入量筒底部并卡住,使之固定（如图1）,再将量筒迅速倒置于盛有水的大烧杯中，用J形玻璃管将短管一端插入量筒内，通过洗耳球在长管一端调节量筒内液面至“100m1.”刻度处，约30min左右后可观察到量筒内液面升至“7980m1.”刻度处（观察时使量筒内液面与烧杯中液面平齐），说明量筒内气体减少了2021n1.,即可得出原量筒中100m1.空气中含氧气2021m1.o3.2实验方案2图2取15Om1.规格的广口瓶（配有单孔橡皮塞）、导管和100m1.量筒，连接好装置如图2。检查气密性后，在量筒中加水至“10Om1.”刻度处，将脱氧剂用弯曲的大头针固定在橡皮塞上,迅速塞紧橡皮塞，由于铁粉的吸氧腐蚀过程放热,可在广口瓶内壁观图3察到少量水雾，量筒中水慢慢经过导管进入广口瓶中，当量筒内液面高度不变时（此时广口瓶内壁上的水珠消失，温度恢复至室温）读数为68m1.,说明原广口瓶内气体体积减少32m1.,即氧气在空气中的体积分数约为21%。3.3实验方案3取配有单孔橡皮塞的广口瓶和压力表（真空表），装置如图3。将脱氧剂用弯曲的大头针固定在橡皮塞上，迅速塞紧橡皮塞，由于瓶内空气中的氧气逐渐被吸收，瓶内压强减小，约25min左右后压力表指针不再变化，此时瓶内压强约比起始时减小21%。3.4实验方案4取配有单孔橡皮塞的广口瓶和压强传感器（本实验中使用的是朗威数字化实验系统），装置如图4。将脱氧剂用弯曲的大头针固定在橡皮塞上，迅速塞紧橡皮塞，记录压强变化（由于迅速塞紧橡皮塞的操作可能会使起始时压强大于常压）。表1和表2是分别用市售食品包装袋中脱氧剂和自制吸氧剂实验的记录数据，吸收氧气的体积分数随时间变化的曲线分别如图5和图6o4实验反思从实验方案1到方案4,体现了在实验研究过程中不断发现问题、解决问题的探究过程；从量筒到压力表，再到压强传感器，体现了实验手段从传统玻璃仪器到现代数字化实验系统应用的更新过程；从测量体积到测量压强，体现了实验方法和原理从粗略到精细的不断完善过程。方案1和方案2的优点是选择的仪器均为中学化学实验室中的常见仪器，在实验过程中能充分训练学生的实验技能，如方案1中调节起始液面、方案2中气密性的检查等；缺点是由于脱氧剂本身有一定体积，会使测量结果产生误差。方案3和方案4通过测定压强的变化而避免了体积的误差，使结果更趋于准确；但对实验条件要求更高(需压力表或传感器)。此外，在实验过程中，温度、空气的湿度等对测量结果都有一定影响。本实验设计还可以进一步应用于高中化学必修2中“化学反应与能量变化”、选修4中“铁的吸氧腐蚀实验”、“氧气浓度对铁的腐蚀速率的影响”以及相应的定量实验研究中。参考文献Ul义务教育课程标准实验教科书：化学(九年级上册).北京：人民教育出版社，2006：272王菲.化学教学，2006,(9)：83李德前.化学教育，2010,31(6)：727314张欣荣，王彦昌，杨承印.化学教育，2010,31(4)：745王锦化.化学教育，1989,(3)：3816徐雅珍.化学教育，1993,(1)：1387赖轩.广东科技,2008,(5)：60