5． 资源开发：

通过刚才的分析，我们知道，在做好本探究实验除用白磷代替红磷外，就是尽可能防止或减少气体泄漏的可能。我们可以利用以下装置来进行探究：

⑴ 用凸透镜将太阳光聚焦到白磷，使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图5-2。

⑵ 用水浴加热的办法使白磷燃烧，也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅40℃，水温稍高，足以使白磷着火燃烧。如图5-3。做此实验时，盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中，也以免广口瓶因骤热而爆裂。可先用温水淋浴后，再将热水注入外面的大烧杯中。

⑶用钟罩代替集气瓶进行实验，如图5-4所示。钟罩下方敞口，气体受热膨胀时，可将水压出一部分从产生减压作用。用此法既减少了气体泄漏的可能，准确性比原实验方案高。

⑷ 在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷，用胶塞塞住，并使从推入到玻璃管中部，记下位置。用酒精灯微微加热白磷，使之燃烧，同样可观察到白磷燃烧，有大量白烟生成，胶塞被推向外侧(右侧)。待装置冷却，胶塞逐渐向内侧(左侧)移动，根据胶塞停止时的位置，确定空气中氧气的体积。如图5-5。

这种方法在不透气的情况下进行，几乎可以完全防止漏气。但要注意的是，胶塞在干燥条件下很难塞入玻璃管内，可蘸少量水后向管内推入；推入时，还须在胶塞上插一根注射器针头，以便排出气体，待胶塞推到合适位置时，拔出针头即可。

做该实验时，玻璃管不宜太短，太短，加热时胶塞会被推出管外。

4．探究评价：

该探究实验在反应原理上就存在错误。我们都知道，反应物浓度越小，反应的速率越慢。当燃烧持续进行时，氧气的浓度越来越小，氧化的速率也越来越小。一旦燃烧放出的热量不足以维持可燃物在着火点以上温度时，燃烧便停止了。这也是有些物质不能在空气中燃烧，但能在氧气中燃烧的原因。因此，从这个意义上说，利用燃烧试图除尽空气中的氧气，是很难达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高，因此就更无法除尽氧气了。很多教师在做该实验时，都发现，最终水面停在十分之一处，而不是五分之一处，原因就在于此。

该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多，加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的空气，使之外逸，都会导致实验的误差。

要做好该实验，关键要注意以下几点：

⑴ 用更易燃烧的可燃物代替红磷(如白磷)；

⑶ 装置的气密性要好；

⑶ 燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快，并塞紧塞子。

3．探究方案：

⑴ 在集气瓶中放入少是水(用于溶解生成的五氧化二磷，同时可吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降温)，做上记号，并将瓶内剩余体积均分为五等分。

⑶　 用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。观察到红磷燃烧，产生浓厚的白烟。

⑶红磷熄灭后，冷却至室温，打开止不夹，观察到水进入集气瓶内，最终水面在五分之一记号处。

2．实验仪器：集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹。

实验药品：红磷、水。

1．化学反应原理

如图5-1所示，利用磷燃烧消耗空气中的氧气，从而使容器内形成负压，打开止水夹后，水进入容器内。进入容器中的水的体积，可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。

图5-1

5．创新思维：

⑴ 能使带火星木星复燃的气体不仅仅是氧气。

① 臭氧(O­­₃)可使带火星的木条复燃。

② 一氧化二氮也能使带火星的木条复燃。一氧化二氮是一种无色气体，加热条件下可以分解生成氮气和氧气。

在带火星条件下，加速了分解过程，增强了氧化性，从而使带火星的木条复燃。

③ NO₂也能使带火星的木条复燃。这是由于NO₂在常温下就能缓慢分解出氧气，在加热条件分解速度更快。因此，带火星的木条在氧气中也能复燃。

­⑵ 纯度为多少时，氧气可使带火星的木条复燃？

能使带火星的木条复燃烧的气体，未必是纯净的氧气。让我们看看实验的结果。先在集气瓶内预留一定量的空气，再用排水集气法收集氧气，集满后，用带火星木条试验，结果如下：

从实验结果可知，空气中添加20%氧气，带火星的木条就可能复燃，此时混合气体中含氧气：20%+80%×21%＝36.8%。该值为视为氧气使带火星的木条复燃的极限。只要混合气体中氧气含量超过此极限值，木条就可能复燃。所以，用带火星木条复燃时，只能说明收集的氧气纯度超过了36.8%这一极限值。

纵上所述，用带火星木条检验排空气法收集的气体是否纯净，是不太可靠的。所以，收集气体(不仅是氧气)时，能用排水法收集气体时，我们仅可能用排水法或用其他排液体的方法收集(如排饱和食盐水、排稀酸溶液等)。

⑶ 木炭燃烧

在试管底部放层细砂，如图6-1所示。

用镊子夹取黄豆大小的一粒木炭，在酒精灯火焰上加热到红热，小心放到试管底的细砂上。通过直角导管向大试管内通入氧气，可看到木炭剧烈燃烧，发出白光。若停止通入氧气，白光消失；继续通入氧气，白光再次出现。该过程可反复多次，直到木炭燃尽为止。

木炭燃尽后，待试管冷却，向大试管中倒入适量的澄清石灰水，振荡，静置。待细砂沉淀后，可见澄清石灰水变浑浊。

⑷ 硫在氧气中燃烧

如图6-2甲所示，取一段约3 cm长的粉笔头，用小刀在其大头一端挖一个小圆坑，将另一端置于燃烧匙上。若难以直立，可以放入粉笔后，滴入熔化的石蜡油，等石蜡凝固后，可将粉笔固定。实验结束后，将燃烧匙浸入热水中，即可取出粉笔。

在粉笔坑里放入少量的硫粉，点燃后，将燃烧匙慢慢地插入盛满氧气的集气瓶中，可见硫燃烧更旺，发出明亮的蓝紫色火焰，并有刺激性气味的气体产生。

该实验药品用量少，可避免硫燃烧时与铜质的燃烧匙反应，同时避免末燃烧尽的硫附着在燃烧匙上，难以清洗。

此实验也可不用燃烧匙，而采用如下方法：取一根较长的铁线，下端弯曲将粉笔捆绑住，点燃粉笔圆坑里的硫粉，伸入集气瓶中燃烧。如图6-2乙。

4．探究评价：

该探究实验操作要求比较高，特别是铁丝的燃烧实验，因此一定要求学生掌握实验要领，注意操作的准确性和规范性。为防止炸裂瓶底，放少量水或细砂都有局限性。放水少了起不到吸热作用，水放多了，集气瓶内气体少了。放细砂只能用排空气集气法收集，氧气的纯度很难保证。为避免以上缺点，我们可以在收集之前，在石棉网上剪下一块(比集气瓶内径稍大点)，推入集气瓶内，再用排水法收集；亦可以点燃前，将潮湿的多层滤纸放入瓶底，此两法都能比较好的起到隔热作用。

3．探究方案：

⑴ 氧气的检验：用带火星的木条伸入盛氧气的集气瓶中，木条复燃。进行氧气检验时，操作速度不可太慢，因木条易自然熄灭。若改用带火星的卫生香试验效果会更好。若用还火星的木条，易取用木质疏松的杉木、梧桐木等木条，不宜用木质坚硬的材料，火柴梗太短，也不宜使用。

⑶　 用镊子夹持一小块木炭，放在酒精灯上加热，待点燃后移出火焰，观察到木炭红热，无焰，无烟。将此木炭放入盛氧气的集气瓶中，由上往下，慢慢放入，观察到木炭剧烈燃烧，发白光，无烟，无焰。待燃烧结束后，取出木炭，倒入澄清石灰水，稍振荡，观察到澄清石灰水变浑浊。

该实验木炭的宜选用硬质木材烧制的木炭，这样的木炭可保证燃烧的时间比较长，在酒精灯上加热点燃后，移出火焰也不易熄灭。向集气瓶中伸入时，要慢慢地由上往下放入，不宜立即伸入瓶底。木炭燃烧时放热，使气体膨胀而逸出，导致燃烧的时间比较短，观察的时间不长。进行以下实验时，也应比照此操作。

⑶在燃烧匙中先垫一层石棉绒，防止加热时铜与硫反应损坏燃烧匙。再在石棉绒上加入少量硫粉(不可过多)。在酒精灯上加热点燃，移出火焰。观察到硫粉熔化后燃烧，放出微弱的淡蓝色火焰，产生有刺激性气味的气体。将燃烧匙由上往下慢慢伸入集气瓶中，观察到硫粉剧烈燃烧，产生蓝紫色火焰，产生刺激性气味的气体。

为防止产生的二氧化硫污染环境，应在瓶底放少量水，以吸收产生的二氧化硫。反应结束后，若有硫剩余，应立即将燃烧匙伸入水中，使火焰熄灭，尽量减少二氧化硫的污染。

⑷ 在燃烧匙中加入少量红磷，在酒精灯火焰上加热点燃，观察到红磷燃烧，有黄色火焰，产生大量的白烟。立即将燃烧匙伸入盛氧气的集气瓶中，观察到有明亮的白色火焰，产生浓厚的白烟。

产生的五氧化二磷在空气中有刺激性气味，对呼吸道的刺激性较强，因此该实验中红磷的量不宜过多，实验结束后，应立即熄灭红磷。

⑸ 取一根镁条，用砂纸打磨光亮后，用坩埚钳夹住放在酒精灯火焰上点燃，待点燃后，立即移出火焰，放在石棉网上方。观察到镁条剧烈燃烧，产生耀眼的白光，发出大量的热，同时产生白色固体。

镁带打磨光亮，除去表面氧化膜，以避免学生误以为镁是黑色的。做该实验前，一定要提醒学生注意保护眼睛，镁带燃烧时产生的强光对视网膜的刺激性太强，不能直视。

⑹ 取一根细铁丝，弯成螺旋状状(增大铁丝与氧气的接触面积，铁丝燃烧时，给上面的铁丝预热，以利于燃烧持续)，在铁丝下端绑一根火柴梗。用坩埚钳夹住铁丝，点燃火柴梗，待火柴梗燃烧接近结束时，将铁丝伸入集气瓶中(同样，由上往下慢慢伸入)。观察到铁丝剧烈燃烧，产生明亮的白光，放热，同时生成黑色固体。

铁丝宜细，但太细易燃烧尽，不利于对现象的观察，一般用石棉网上的铁丝比较合适。若用铁丝窗纱上的细铁丝，可用2-3根拧在一起使用。一定要待火柴梗燃烧将尽时才伸入集气瓶中，过长会消耗更多的氧气，不利于铁丝燃烧。为防止生成的熔融物溅落瓶底，使瓶底炸裂，需在瓶底放少量的水或铺一层细砂。

2．实验仪器：集气瓶、玻璃片、镊子、燃烧匙、石棉网。

　 实验药品：木条、木炭、硫粉、红磷、镁带、铁丝、石灰水。

1．化学反应原理

氧气是化学性质比较活泼的气体，能和很多物质发生化学反应。碳、硫、磷、镁、铁、蜡烛等物质都可以在氧气中燃烧，放出大量的热，发出明亮的光，同时生成对应的氧化物。

氧气能支持木条燃烧，所以可以用带火星的木条检验氧气。