關于初中化學“測定空氣中氧氣體積分數”實驗的反思與創新

王春霞

關于初中化學“測定空氣中氧氣體積分數”實驗的反思與創新

王春霞

（常州市泰村實驗學校江蘇常州213000）

文章對初中化學“測定空氣中氧氣體積分數”的常見裝置進行分析、探究，并給出了一種新方法。

實驗探究；體積分數；噴泉實驗

關于“測定空氣中氧氣體積分數”的知識點，是常州市化學第一學期期中考試的高頻考點。筆者收集了“測定空氣中氧氣體積分數”各種改進裝置，如下圖所示。圍繞這些裝置，可以展開各種探究活動。

一、從多角度展開實驗探究

1.實驗裝置探究

課本實驗裝置主要是集氣瓶、燒杯，改進實驗裝置包括U形管、注射器、硬質玻璃管、量筒、水槽、鐘罩等。對此，教師應理性地反思各種實驗裝置的設計思路，把構造簡單、操作方便、現象直觀的優秀設計方案應用到我們的教學中。教師還可給出多種儀器選擇，組裝出更多的裝置，小組討論后找出優點。讓學生自主探究，不僅可以使學生更加熟悉實驗儀器，而且可以鍛煉學生發散思維的能力，有利于培養學生的創新精神和實踐能力。

2.不同藥品探究

由于初中生剛剛接觸化學，難以選擇燃燒什么物質把空氣中的氧氣消耗掉，教科書中使用的藥品是紅磷。教師可以引導學生思考并設計實驗方案：能否用鐵絲、鎂條、木炭、蠟燭代替紅磷測定空氣中氧氣的體積分數？蠟燭或木炭不能代替紅磷做實驗，能否添加某種試劑把生成的二氧化碳吸收掉，使裝置內壓強減小呢？銅絲是沒有可燃性的，但是為什么也能完成該實驗？

學生通過分組實驗探究活動，得出測定空氣中氧氣體積分數的藥品所需要滿足的條件：第一，具有可燃性；第二，能與空氣中氧氣反應，且不與其他成分反應；第三，生成物最好是液體或固體，若是氣體，必須要用其他物質完全吸收。

3.熱傳遞方式探究

通過觀察各種改進裝置，得出熱傳遞方式：酒精燈點燃、金屬導熱、放大鏡聚光、熱水浴、緩慢氧化放熱等等。多種熱傳遞方式，可以開闊學生思維，拓展視野。

4.實驗結果探究

科學探究中最重要、最核心的能力要素就是通過分析得到結論的能力。在教學過程中，教師要對實驗結果有多視角、多維度的分析，充分挖掘教學內容的功能價值，它不僅有承載知識本體的功能，也有承載能力培養的功能。

在測定空氣中氧氣體積分數的諸多改進裝置中，教師可以進一步提出具有思考價值的問題：這些裝置都適合在短期內測定空氣中氧氣的體積分數嗎？若能夠，測定的共同原理是什么？對比課本實驗裝置，這些改進裝置各有哪些優缺點？從而讓學生初步學會用觀察、分析的方法獲取信息，并從信息中得出科學結論。

二、“噴泉實驗”——測定空氣中氧氣體積分數的新方法

1.課本實驗中的不足之處

（1）紅磷著火點較高，為240℃，點燃時需要用酒精燈加熱較長時間，浪費時間和能源；

（2）檢驗完裝置氣密性后要拔出橡皮塞，點燃后再塞緊，在拔插橡皮塞的過程中，可能會引起裝置漏氣；

（3）紅磷在空氣中點燃的過程中會有大量的五氧化二磷逸出，污染空氣，影響人體健康，還會浪費藥品；

（4）點燃紅磷后要迅速塞緊橡皮塞，但是速度再快，也是需要時間的，只要時間不為零，在塞緊橡皮塞的過程中，瓶內空氣必定有部分逸出，使最終結果偏大；

（5）進水的導管過長，導管內氧氣不參與反應，但最終會進入集氣瓶，使最終結果偏小；

（6）紅磷燃燒熄滅并不是容器里的氧氣耗盡，而是氧氣的濃度降低到不能再支持紅磷燃燒，即紅磷燃燒僅消耗70%～80%左右的氧氣，所以水面不可能達到1/5的理想高度。

2.“噴泉實驗”教學設計

［實驗目的］

針對課本實驗裝置不足，對“測定空氣中氧氣體積分數”的實驗進行改進，減小實驗誤差，節約藥品，保護環境，并增加實驗的觀賞性；培養學生發現問題、解決問題的能力。

［實驗用品］

白磷、細沙、蒸餾水、鐵架臺、圓底燒瓶、燒杯、量筒、鑷子、玻璃導管、乳膠管、橡皮塞、酒精燈、火柴、石棉網、注射器、記號筆。

［實驗裝置］

［實驗操作］

1.連接儀器，檢查裝置氣密性；

2.向圓底燒瓶中加入少量細沙，用鑷子夾取一塊黃豆大小白磷，用濾紙吸干表面水分，放在細沙上面；

3.點燃酒精燈，加熱白磷；

4.待燒瓶內白磷燃燒完畢，將裝置降到室溫；

5.倒置燒瓶，將頂端導管伸入盛水的燒杯，打開止水夾，形成噴泉；

6.把燒瓶內倒吸的水導入量筒，量出體積。

［實驗優點］

1.“噴泉”實驗形象直觀；

2.白磷的著火點很低（40℃），縮短點燃時間，節約時間和能源；

3.反應始終在密閉容器中進行，氣密性更加有保障；

4.不需“先在空氣中點燃后伸入”這個步驟，直接在密閉容器中反應，可以節約藥品，還能減少因操作時間帶來的實驗誤差，以及減少煙塵對空氣的污染；

5.白磷會自燃，即使在燃燒熄滅后仍在發生氧化還原反應，幾乎把燒瓶內的氧氣消耗盡；

6.本實驗導管較短，誤差更小。

［實驗不足］

1.操作步驟煩瑣、費時費力；

2.后續數據處理麻煩；

3.實驗操作技能要求較高，操作失誤會引起實驗失敗甚至燒瓶炸裂。

［反思與評價］

1.為什么形成“噴泉”？

2.裝置中注射器起什么作用？

3.燒瓶底部細沙的作用是什么？

4.怎樣計算空氣中氧氣的體積分數？

5.與理論值有偏差嗎？

6.為什么會有這樣的偏差？

7.本實驗要成功，有哪些注意事項？

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10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.034