氧傳感器在高中化學實驗中的應用

顧海文

摘?要：實驗是高中化學的重要組成，在化學教學中，教師應當充分發揮化學實驗的重要性，在實驗中啟發學生的探究思維，將知識學習融入到化學實驗之中，在實驗步驟中，完善對于理論知識的驗證，提升學生的實踐應用能力，在高中實驗中，利用傳感器的靈敏高效的特點，作為輔助實驗教學，可以有效發揮其測量的優勢，完成傳統教學中無法做到的實驗。

關鍵詞：氧傳感器;高中化學;應用研究;數字化實驗

引言：

傳感器是數字化實驗的核心組成，氧傳感器簡單來說就是利用電極在不同的氧氣濃度測試中產生微弱的電流，并將電流的數值大小轉化為氧氣濃度的數值，這樣在化學實驗中可以得到直觀的展示認知，從而加深學生對于實驗的理解，在教學中教師可以根據實驗的不同，選擇不同的傳感器進行實驗。

一、探究實驗室制取氧氣的收集時間和驗純方法

排水法是制取氧氣常用的收集方法，當導管口冒出氣泡作為氧氣收集時間的最佳時機，但是氧氣傳感器在實驗中的應用可以讓學生直觀的了解，實驗中制取氧氣和驗純的最佳方法，根據氧氣傳感器對實驗進行設計和優化，在實驗中培養學生科學探究思辨的精神，以高錳酸鉀加熱法制取氧氣的過程中，在氣泡連續均勻冒出的時候，采用氧氣傳感器進行測量氧氣的濃度僅僅只有28.7%，氧氣濃度明顯不高，通過氧氣傳感器可以得知，氧氣收集的時間應該在實驗現象發生的30秒之后，在實驗中，用帶火星的木條進行氧氣的檢驗，依然可以做到木條的復燃，但是根據氧氣傳感器實驗不同濃度的氧氣中木條復燃的情況，氧氣濃度在36%可以讓木條復燃，以帶火星的木條去檢驗氧氣的濃度僅僅只是大略的測估，而氧氣傳感器在實驗中運用，可以有效地讓學生通過真實的數值，進行深入的研究，培養學生科學嚴謹的實踐實驗精神[1]。

二、探究Fe（OH）2容易被氧化的原因

在實驗的過程中，首先應該理解Fe（OH）2被氧化是氧氣的作用，為了保存Fe（OH）2使用了多種的化學還原劑，即使是有還原劑的情況下，Fe（OH）2依然還是被氧化了，在制取Fe（OH）2時，灰白色沉淀變成了灰綠色，最終成為了紅褐色，教師往往會說這種紅褐色的物質就是Fe（OH）3，但是學生很難理解，為什么FeSO4能存在，為什么Fe（OH）2就很容易被氧化，教師可以提出假設，是溶液中的溶解氧造成了這種反應的發生，教師可以利用氧氣傳感器測量氧氣的含量，利用溶解氧傳感器測量溶液中的氧氣含量，利用溶解氧傳感器可以明顯看到Fe（OH）2溶液中氧氣含量的變化，隨著反應的進行，連續測定Fe（OH）2溶液中溶解氧數值在不斷的減小，溶解氧和上方空氣的氧氣含量都在不斷的減少，從而證明了Fe（OH）2的制取過程中物質顏色的變化，是溶解氧和空氣共同有氧化的結果，通過實驗設計，可以將宏觀的知識概念變得可視化，直觀化，通過數字化實驗對于背后化學規律的探究，讓學生能夠產生直觀的理解認知。

三、探究暖寶寶的發熱原理

暖寶寶的成分中有鐵粉，碳粉，水，氯化鈉等等組成，當我們撕開保護膜的時候，空氣中的氧氣是否參與到了發熱過程中，對此我們對暖寶寶的發熱過程，可以通過實驗進行探究，我們將暖寶寶的成分導入到三頸燒杯中，同時通過常量氧傳感器進行氧氣的檢測和溫度計進行溫度測量，隨著現象發生，可以看到氧氣的含量在不斷的減少，而溫度在不斷的上升，根據這樣的情況暖寶寶的發熱需要氧氣的參與，暖寶寶的反應原理則是，當去掉外袋后，內袋暴露在空氣里，空氣中的氧氣通過透氣膜進入里面。放熱的時間和溫度就是通過透氣膜的透氧速率進行控制的，利用原電池加快氧化反應速度，將化學能轉變為熱能，通過常量氧傳感器和溫度計可以明顯看到暖寶寶在反應過程中，氧氣數值的直觀變化和溫度的上升。

四、探究過氧化鈉與二氧化碳的反應

很多人覺得過氧化鈉只有和濕潤的二氧化碳才能反應生成碳酸鈉和氧氣，對此我們可以進行兩種探究，過氧化鈉和二氧化碳的反應到底是怎么樣的，首先是過氧化鈉和潮濕的二氧化碳反應，將潮濕的二氧化碳氣體通入到三頸燒杯中，在瓶頸口分別插入濕度傳感器和二氧化碳傳感器，進行數據的采集，可以看到二氧化碳濃度和相對濕度都在不斷的下降，生成白色的鹽酸納，觸摸容器溫度略有上升，該反應為放熱反應。隨后進行干燥的二氧化碳和過氧化鈉的反應，三頸燒瓶的底部放入無水硫酸鈣，并將產生的干燥二氧化碳氣體通入三頸燒瓶片刻，迅速在三頸燒瓶的瓶頸口分別插入濕度傳感器、二氧化碳傳感器，待二氧化碳濃度穩定后，用鐵絲戳破裝有過氧化鈉的塑料袋，使過氧化鈉和二氧化碳進行充分反應之后，進行數據采集，在數據和反應現象的觀察中，可以看出過氧化鈉和干燥的二氧化碳以可以反應生成碳酸鈉和氧氣，通過氧氣傳感器檢測反應過程中的氧氣生成，并通過氧氣傳感器進行顯示，感受到反應的直觀變化。

五、結束語

在高中化學的實驗中，通過氧傳感器在化學實驗中的引用，可以有助于學生的直觀理解認知，開發更多的高中化學數字化實驗，在實驗應用的過程中和知識學習形成優勢互補，促進學生的知識實踐應用能力。

參考文獻

[1]?王磊，魏銳. 學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求——《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀[J]. 化學教育，2018，39（9）：48-53.

基金項目：江蘇省教育科學“十三五”規劃2018年度普教重點資助課題“基于現代分析技術的高中化學拓展課程實踐研究”的研究成果（立項編號：B—a/2018/02/60）