摘要：磷及其燃燒產(chǎn)物和水化物都有較大毒性，而且最終都可能被排放到環(huán)境中會造成污染。為解決“測定空氣中氧氣含量”實驗的污染問題，我們經(jīng)過實驗探究，最終根據(jù)氫氧化亞鐵易被空氣中氧氣氧化的性質(zhì)，利用過量氫氧化亞鐵吸收一定體積空氣中氧氣的方法對該實驗進行改進獲得了成功。此改進實驗具有裝置簡化、操作簡單、無污染等優(yōu)點。
　　關(guān)鍵詞：燃磷法；測定空氣中氧氣含量；綠色化學(xué)；氫氧化亞鐵；實驗改進
　　文章編號：1005–6629（2016）12–0053–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　測定空氣中氧氣含量是初中化學(xué)的第一個定量實驗，對于培養(yǎng)中學(xué)生嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度、規(guī)范的操作方法、環(huán)境保護的意識等方面具有重要的意義和作用。但目前對該實驗的研究中，主要是從兩角度進行改進：一是對裝置進行改進，將教材中的敞口裝置改為密閉裝置，而所選用的耗氧物質(zhì)仍然是紅磷；二是用白磷代替紅磷，目的是降低引燃的難度。但這兩種改進方法都是治標不治本，并沒有從根本上解決實驗中的污染問題。
　　為了從源頭上解決“測定空氣中氧氣含量”實驗的污染問題，我們受氫氧化亞鐵易被氧化的性質(zhì)啟發(fā)，利用過量氫氧化亞鐵吸收一定體積空氣中氧氣的方法對該實驗進行改進，結(jié)果獲得了成功。
　　1 燃磷法測定氧氣含量實驗的思考
　　1.1 對磷及其燃燒產(chǎn)物毒性的探究
　　經(jīng)資料查閱了解到除紅磷本身無毒外，其燃燒產(chǎn)物及其水化物、白磷本身以及燃燒產(chǎn)物及其水化物均有毒，甚至為劇毒，都是有危害的藥品，使用中都要防止與人體接觸。但目前在實際使用中，特別是實驗教學(xué)中產(chǎn)生的煙塵卻又是不可避免的，無論采取何種方式處理產(chǎn)物，它們最終都可能被排放到環(huán)境中。因此，無論是用紅磷還是白磷，無論對實驗裝置如何改進，只要我們使用燃磷法來測定空氣中氧氣含量，環(huán)境都會被污染，師生的健康就會遭受傷害。但燃磷法測定空氣中氧氣含量的實驗方法卻用了幾十年，非常令人費解。
　　1.2 對實驗教學(xué)中污染問題的思考
　　有的專家在談到教學(xué)中的污染問題時，說實驗教學(xué)中產(chǎn)生的污染物對于整個環(huán)境來說是微不足道的，這類實驗并沒有改進的必要。而且還說“如果不讓學(xué)生體驗一下，他們?nèi)绾握J識到這些物質(zhì)是污染物？”，這不知是何邏輯！
　　也許，某一次教學(xué)中產(chǎn)生的污染，對于整個環(huán)境來說可能是微不足道的，對師生健康的傷害也不是那么明顯。然而，我們改進或優(yōu)化這類實驗的目的，正是為了通過解決教學(xué)中的污染問題，使學(xué)生樹立保護環(huán)境的意識，增強他們的社會責(zé)任感，這與我國“培養(yǎng)德、智、體等方面全面發(fā)展的社會主義事業(yè)建設(shè)者和接班人”的教育目的[1]是完全相吻合的。
　　在各種雜志上曾發(fā)表很多對測定空氣中氧氣含量實驗的研究論文[2～9]，有的是對實驗裝置的改進，將教材中的敞口裝置改為密閉裝置，有的是將紅磷改為白磷，最后在對改進后實驗的優(yōu)點的描述中，他們一致認為，這樣的改進“完全避免了環(huán)境污染，符合綠色化學(xué)的理念”，其實并不盡然。
　　1.3“綠色化學(xué)”的涵義
　　“綠色化學(xué)”由美國化學(xué)會（ACS）提出，目前得到世界廣泛的響應(yīng)。其核心是利用化學(xué)原理從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染；反應(yīng)物的原子全部轉(zhuǎn)化為期望的最終產(chǎn)物[10]。
　　這句話的關(guān)鍵詞應(yīng)該是“從源頭上減少和消除工業(yè)生產(chǎn)對環(huán)境的污染”，達到“零排放”。但是，無論是教材實驗還是研究者們的改進實驗，實驗結(jié)束后的廢棄物是怎么處理的？倒入廢液罐（缸）？然后呢？最終還是倒入下水道，進入環(huán)境。
　　如果要完全避免環(huán)境污染，符合綠色化學(xué)的理念，那就不應(yīng)該使用有毒或者本身無毒但在實驗過程中產(chǎn)生有毒有害的物質(zhì)，或者即使產(chǎn)生了有毒有害的物質(zhì)，但經(jīng)過簡單的處理后，能夠轉(zhuǎn)化為無毒無害的物質(zhì)，排放后對環(huán)境無害，或者最終的產(chǎn)物能夠進行回收循環(huán)使用，從而達到零排放。
　　那么，在中學(xué)階段，有沒有符合這一要求的物質(zhì)和實驗方法？
　　2 對燃磷法測定氧氣含量實驗的改進
　　高中化學(xué)“氫氧化亞鐵制備實驗”中的實驗現(xiàn)象為：新制硫酸亞鐵與氫氧化鈉反應(yīng)產(chǎn)生的白色氫氧化亞鐵沉淀在空氣中氧氣的作用下迅速變?yōu)榛揖G色，最后變?yōu)榧t褐色的氫氧化鐵，整個變化過程大約只需三分鐘，這還是在不振蕩的情況下，如果進行振蕩，所需時間應(yīng)該更短。假設(shè)在一密閉容器中利用這一反應(yīng)來消耗一定體積空氣中的氧氣，然后根據(jù)反應(yīng)前后氣體體積的變化情況，應(yīng)該能夠計算出空氣中氧氣的含量。于是設(shè)計了如下實驗來對我們的猜想進行驗證。
　　2.1 實驗原理
　　首先，在課前用過量的鐵粉和飽和硫酸鐵溶液反應(yīng)制備硫酸亞鐵溶液備用：
　　需要消耗飽和硫酸亞鐵溶液的體積計算如下。
　　從表1中可知，20℃時飽和硫酸亞鐵溶液濃度為：
　�。�152÷278）×48g≈26.3g
　　26.3/（26.3+100）×100%≈20.8%
　　雖然查不到飽和硫酸亞鐵溶液的密度，但我們可以進行估算，100g水的體積為100mL，假設(shè)配制好溶液后溶液總體積不變，則飽和硫酸亞鐵溶液的密度為：ρ=m/V=（100+26.3）÷100=1.263 g·mL-1，由密度公式m=ρV、溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)的計算公式a%= m質(zhì)/m液×100%和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)與物質(zhì)的量濃度的換算公式c=1000ρ·a%/M得：
　　V=m質(zhì)/（ρ·a%）=0.057g÷（1.263 g·mL-1×20.8%）≈0.22mL
　　c=1000ρ·a%/M=1000×1.263×20.8%÷278≈0.944 mol·L-1

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