氮氣及稀有氣體的制取與收集

義務(wù)教育初中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）指出：注意從已有的經(jīng)驗出發(fā)，讓學(xué)生有更多的機會主動地體驗科學(xué)探究的過程，在知識的形成、相互聯(lián)系和應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)態(tài)度、學(xué)習(xí)科學(xué)方法，在“做科學(xué)”的探究實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實踐能力。

“氮氣及稀有氣體的制取與收集”是在滬教版“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”實驗的基礎(chǔ)上，學(xué)生學(xué)習(xí)氧氣、二氧化碳的性質(zhì)及其實驗室制取，有一定的實驗操作技能后的進一步拓展延伸，讓學(xué)生在實驗中鞏固已學(xué)的知識，并在已有的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)及經(jīng)驗上，進一步培養(yǎng)創(chuàng)新精神。

圖1在“探究空氣中氧氣的含量測定”實驗（如圖1）中，要注意引導(dǎo)學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，體會從實驗事實導(dǎo)出結(jié)論的思維過程。實驗中可以觀察到紅磷燃燒，產(chǎn)生大量的白煙，放出大量熱；打開彈簧夾后，燒杯中的水沿導(dǎo)氣管進入集氣瓶中，約占集氣瓶內(nèi)空間的1/5。通過實驗得知，空氣中氧氣的體積約占1/5。實驗時，燃燒匙里要盛入過量的紅磷。紅磷要過量，以使瓶中密封的氧氣反應(yīng)完全，使測得氧氣的體積更接近空氣中氧氣的實際體積。這個實驗還可推論出氮氣不能燃燒也不支持燃燒；集氣瓶內(nèi)水面上升一定高度后，不能繼續(xù)上升，又可以說明瓶內(nèi)的氮氣、稀有氣體不易溶于水。在學(xué)生學(xué)習(xí)“氧氣及二氧化碳的性質(zhì)及制取”后，可讓學(xué)生探究如何制取氮氣與稀有氣體。

首先，提出問題。教師可以提出以下幾個問題引導(dǎo)學(xué)生探討：能否把瓶內(nèi)的氮氣與稀有氣體收集到集氣瓶中？廣口瓶內(nèi)少量的二氧化碳如何被除去從而制得較純的氮氣及稀有氣體？如何把廣口瓶內(nèi)的剩余氣體“趕”出來？用什么方法收集這些氣體？

其次，分析解決問題。讓學(xué)生充分思考及小組交流討論，從已學(xué)的二氧化碳內(nèi)容很容易知道：只要把燒杯中的水改為澄清的石灰水，就可除去廣口瓶內(nèi)少量的二氧化碳；可利用瓶內(nèi)的剩余氣體不溶于水的特點，往廣口瓶內(nèi)注入水，利用瓶內(nèi)的液面上升，便可把上部氣體（氮氣及稀有氣體）排出；至于氣體的收集，學(xué)生可以聯(lián)系已學(xué)過的氧氣、二氧化碳的實驗室制取及收集方法，用排水法進行收集。

然后，探討對實驗裝置的改進。探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗完成后，為了不讓外界空氣進入到廣口瓶內(nèi)，應(yīng)在塞緊廣口瓶的橡皮塞上插入一支注滿水的大注射器，或預(yù)先在橡皮塞上再打一孔，裝上帶橡皮管的玻璃管（在做“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗時，橡皮管要用止水夾夾住，防止與外界相通；完成“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗后，再連接上帶有單孔橡皮塞的裝滿水的礦泉水瓶，通過擠壓礦泉水瓶，往廣口瓶內(nèi)注水）；完成“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗后，撤去圖1右側(cè)的燒杯及玻璃導(dǎo)管，改用排水法收集瓶內(nèi)的氣體。

教師與學(xué)生一起整理該實驗的步驟：1.檢查裝置的氣密性；2.夾緊止水夾，做“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗；3.夾緊兩個止水夾，連接上裝滿水的礦泉水瓶（用注射器不必此步驟）和排水收集氣體的裝置；4.擠壓礦泉水瓶（或推壓注射器活塞），收集氮氣及稀有氣體；5.探究所制得的氣體的一些化學(xué)性質(zhì)（如：與鎂、木炭能否反應(yīng)）。

以上是對上教版“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的分析、拓展與實踐，通過學(xué)生學(xué)過的實驗知識，引導(dǎo)學(xué)生對實驗結(jié)果進行再分析，探究發(fā)現(xiàn)新知識，培養(yǎng)思維的深度和廣度。通過該實驗，增強學(xué)生的實驗操作技能，培養(yǎng)學(xué)生良好的動手能力。

新課程標(biāo)準(zhǔn)中對構(gòu)建學(xué)生學(xué)科的情感體系提出了要求，對開展探究性教學(xué)、關(guān)注自然與社會、關(guān)注人與自然的和諧發(fā)展、關(guān)注人文精神提出了要求。窺視近幾年的中考試題，探究、創(chuàng)新和綜合類的具有“化學(xué)味”的化學(xué)實驗題備受關(guān)注，成為命題的新亮點。以“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”為知識背景，進一步開展多維探究的化學(xué)實驗題也是其中的一類常見試題。為此，我們應(yīng)讓學(xué)生熟知“測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗原理，從而有效解答相關(guān)實驗題。

（責(zé)任編輯 羅 艷）