對氧氣性質實驗的改進與思考

劉鳳麗 朱磊 劉征 劉自力

[摘 要]利用快速制取氧氣裝置中剩余的氧氣進行帶火星的木條復燃、鐵絲的燃燒等實驗，提高裝置的利用率；在一套密閉裝置中，分別完成硫在空氣和氧氣中的燃燒實驗，使火焰更加明顯，燃燒時間更長，并利用尾氣模擬酸雨的形成，驗證了生成氣體（SO2）的溶解性、漂白性等；實驗最后噴入氫氧化鈉溶液，充分吸收尾氣，防止環境污染。氧氣性質實驗的改進體現了實驗的探究性、趣味性以及綠色化學理念。

[關鍵詞]氧氣性質實驗；硫的燃燒實驗；改進

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 1674-6058（2018）17-0073-02

實驗是化學的基礎，是培養學生創新精神和創新能力的有效途徑，在知識建構的過程中起到重要作用。教材的經典實驗固然有現象明顯等優點，但有些實驗缺點亦很明顯，如實驗裝置利用率不高，部分實驗未對廢液、廢氣進行處理等，故不能很好地發揮其在課堂教學中的作用。在此背景下，為了讓實驗更好地服務于教學，河南省實驗優質課比賽于2016年10月在河南南陽舉行，筆者有幸參加了此次比賽，并榮獲一等獎。下面就“氧氣的性質實驗”教學談一談筆者在此實驗教學過程中遇到的問題以及改進的思路。

《氧氣》為人教版九年級化學第二章第二節的內容，為驗證氧氣的化學性質（助燃性、氧化性），教材安排了實驗2-2：氧氣可以使帶火星的木條復燃；實驗2-3：硫分別在空氣和氧氣里燃燒；實驗2-4：鐵絲在空氣中紅熱，在氧氣中劇烈燃燒等實驗內容以及“木炭和硫分別在空氣里和在氧氣里燃燒的現象不同，這說明了什么”的討論內容。此前在教學本節內容時，筆者遇到了一些問題。例如，為了完成四個班的教學任務，需要提前制取O2，且每班至少需要制取四瓶O2，不僅存在需要攜帶儀器多、搬運困難的問題，而且還有制取氧氣的發生裝置內剩余的O2不能得到有效利用，造成資源浪費；收集的O2不易儲存，逸出造成損失等問題。另外，在實驗過程中還存在木炭燃燒的產物不易觀察、硫燃燒造成環境污染、鐵絲燃燒實驗成功率不高等問題。為了提高實驗效率，滲透綠色化學理念，筆者對實驗進行了改進，并總結出以下經驗。

一、部分氧氣性質實驗的改進

筆者采用圖1實驗裝置，利用H2O2在MnO2的催化下快速制取O2，待氣體均勻冒出，用兩支注射器收集，橡皮泥封口后備用（如圖2）。后取帶火星的木條靠近瓶口，觀察到木條復燃（如圖3），說明氧氣支持燃燒。將單孔塞拔去，將引燃后的細鐵絲伸入集氣瓶，觀察鐵絲在氧氣中燃燒的現象（如圖4）。

利用一套快速制取O2的實驗裝置，完成了氧氣的收集、帶火星的木條復燃、鐵絲的燃燒等實驗，減少了很多前期準備工作，且氧氣的供給充足，大大提高了實驗的成功率。

二、硫燃燒實驗的改進

為了完成硫在空氣和氧氣中的燃燒對比實驗，且消除生成的SO2對環境的影響，與此同時利用生成的SO2模擬酸雨的形成及其危害，增強實驗的探究性和趣味性，增強學生對“SO2是一種空氣污染物”的理解，筆者改進了實驗裝置并增加了相應的實驗內容。

1.實驗裝置

①實驗儀器及藥品：標本瓶、注射器、長頸漏斗、Y形管、氣球、止水夾、玻璃管、鐵絲球、碎磚塊、花瓣、碳粉、鎂帶、H2O2、NaOH、硫粉。

②組裝步驟：如圖5，將多孔塞塞入標本瓶，多孔塞上分別連有經改良的長頸漏斗（長頸漏斗的另一端與Y形管相連，Y形管一支與盛有150 mL空氣的注射器相連，另一支與盛有150 mL氧氣的注射器相連）、盛有50 mL氧化劑H2O2（或尾氣處理劑NaOH溶液）的注射器、氣球（系在玻璃管上，玻璃管下端掛有花瓣、pH試紙、鎂帶等掛件）。

2.實驗步驟

a.將包裹碎磚塊的鐵絲球（受熱快、保溫效果好，且無焰色反應）受熱后放入經改良的長頸漏斗，將硫粉灑在灼熱的鐵絲球上，打開止水夾1，推入空氣，硫粉燃燒產生微弱的淡藍色火焰。打開止水夾2推入氧氣，硫粉燃燒產生明亮的藍紫色火焰。硫粉在空氣、氧氣中的燃燒對比，體現了氧氣的助燃性。

b.將H2O2溶液推入，模擬酸雨的形成。一段時間后觀察到掛件上的pH試紙變紅及紅色花瓣的顏色褪去，鎂帶被腐蝕。模擬酸雨的形成及危害增強了學生對“SO2是一種空氣污染物”的認識與理解，體現了知識的連續性。將盛有H2O2溶液的注射器換成裝有NaOH溶液的注射器，推入NaOH溶液來處理廢液和廢氣，體現了綠色化學理念。

除了上述改進，筆者還增強了學生小組實驗的目的性，通過對實驗報告的設計及實驗結果的處理，加強了實驗內容與教材的聯系，提高了學生的實驗效率，完善了學生的知識 體系。如在完成實驗現象的記錄后，引導學生對比木炭與硫分別在空氣、氧氣中的燃燒現象得出結論：可燃物在氧氣中比在空氣中燃燒劇烈；氧氣化學性質活潑，體現為助燃性和氧化性；對比硫燃燒和鐵絲燃燒時瓶底留水的原因分析可知：一些實驗加入堿液或者留水是為了處理廢氣或吸收熱量，體現了綠色化學理念。

此次改進，效果明顯，同時也存在一些問題，如實驗裝置略顯笨重；有些操作雖無危險，但對操作者的操作熟練程度要求較高；等等。因此，實驗創新就像摸著石頭過河，只有多琢磨、多請教、多實踐才有可能日趨完美。

總之，不囿于成見，不斷創新，是科學發展的不竭動力，也是教育教學發展的關鍵因素。作為一線教師，我們要注意在科學探究中滲透優良品質，并有意識地訓練、培養學生這方面的品質，使學生的核心素養得到有效提升，使實驗課堂充滿生機與活力。

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（責任編輯 羅 艷）