關(guān)于初中化學(xué)“測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”實(shí)驗(yàn)的反思與創(chuàng)新

王春霞

文章編號(hào)：1008-0546（2016）06-0000-00 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.06.000

關(guān)于“測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”的知識(shí)點(diǎn)，是常州市化學(xué)第一學(xué)期期中考試的高頻考點(diǎn)。筆者收集了“測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”各種改進(jìn)裝置，如下圖所示。圍繞這些裝置，可以展開各種探究活動(dòng)。

一、從多角度展開實(shí)驗(yàn)探究

1. 實(shí)驗(yàn)裝置探究

課本實(shí)驗(yàn)裝置的主要是集氣瓶、燒杯，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置包括U型管、注射器、硬質(zhì)玻璃管、量筒、水槽、鐘罩等。對(duì)此，教師應(yīng)理性地反思各種實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)思路，把構(gòu)造簡單、操作方便、現(xiàn)象直觀的優(yōu)秀的設(shè)計(jì)方案應(yīng)用到我們的教學(xué)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(yōu)點(diǎn)。讓學(xué)生自主探究，不僅可以使學(xué)生更加熟悉實(shí)驗(yàn)儀器，而且可以鍛煉學(xué)生發(fā)散思維的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。

2. 不同藥品探究

由于初中生剛剛接觸化學(xué)，對(duì)于燃燒什么物質(zhì)把空氣中的氧氣消耗掉難以選擇，教科書中使用的藥品是紅磷。教師可以引導(dǎo)學(xué)生思考并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：能佛用鐵絲、鎂條、木炭、蠟燭代替紅磷測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)？蠟燭或木炭不能代替紅磷做實(shí)驗(yàn)，能否添加某種試劑把生成的二氧化碳吸收掉，使裝置內(nèi)壓強(qiáng)減小呢？銅絲是沒有可燃性的，但是為什么也能完成該實(shí)驗(yàn)？

學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，得出結(jié)論：測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)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(yīng)，且不與其他成分反應(yīng)；第三，生成物最好是液體或固體，若是氣體，必須要用其它物質(zhì)完全吸收。

3. 熱傳遞方式探究

通過觀察各種改進(jìn)裝置，得出結(jié)論：熱傳遞方式：酒精燈點(diǎn)燃、金屬導(dǎo)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(xué)生思維，拓展視野。

4. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果探究

科學(xué)探究中最重要、最核心的能力要素就是通過分析得到結(jié)論的能力。在教學(xué)過程中，教師要對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有多視角、多維度的分析，充分挖掘教學(xué)內(nèi)容的功能價(jià)值，它不僅有承載知識(shí)本體的功能，也有承載能力培養(yǎng)的功能。

在測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的諸多改進(jìn)裝置中，教師可以進(jìn)一步提出具有思考價(jià)值的問題：這些裝置都適合在短期內(nèi)測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)嗎？若能夠，測定的共同原理是什么？對(duì)比課本實(shí)驗(yàn)裝置，這些改進(jìn)裝置各有哪些有優(yōu)缺點(diǎn)？讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)用觀察、分析的方法獲取信息，并從信息中得出科學(xué)結(jié)論的能力。

二、“噴泉實(shí)驗(yàn)”——測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的新方法

1. 課本實(shí)驗(yàn)不足

（1）紅磷著火點(diǎn)較高240℃，點(diǎn)燃時(shí)需要用酒精燈加熱較長時(shí)間，浪費(fèi)時(shí)間和能源；

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

（3）紅磷在空氣中點(diǎn)燃的的過程中會(huì)有大量的五氧化二磷逸出，污染空氣，影響人體健康，還會(huì)浪費(fèi)藥品：

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

（5）進(jìn)水的導(dǎo)管過長，導(dǎo)管內(nèi)氧氣不參與反應(yīng)，但最終會(huì)進(jìn)入集氣瓶，使最終結(jié)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(dá)到1/5的理想高度

2. “噴泉實(shí)驗(yàn)”教學(xué)設(shè)計(jì)

[實(shí)驗(yàn)?zāi)康腯：

針對(duì)課本實(shí)驗(yàn)裝置不足，對(duì)“測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，減小實(shí)驗(yàn)誤差，節(jié)約藥品，保護(hù)環(huán)境，并增加實(shí)驗(yàn)的觀賞性；培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

[實(shí)驗(yàn)用品]：

白磷、細(xì)沙、蒸餾水、鐵架臺(tái)、圓底燒瓶、燒杯、量筒、鑷子、玻璃導(dǎo)管、乳膠管、橡皮塞、酒精燈、火柴、石棉網(wǎng)、注射器、記號(hào)筆。

[實(shí)驗(yàn)裝置]：

[實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xì)沙上面；

3. 點(diǎn)燃酒精燈，加熱白磷；

4. 待燒瓶內(nèi)白磷燃燒完畢，將裝置降到室溫；

5. 倒置燒瓶，將頂端導(dǎo)管伸入盛水的燒杯，打開止水夾，形成噴泉；

6. 把燒瓶內(nèi)倒吸的水導(dǎo)入量筒，量出體積。

[實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)] 1. “噴泉”實(shí)驗(yàn)形象直觀；

2. 白磷的著火點(diǎn)很低（40℃），縮短點(diǎn)燃時(shí)間，節(jié)約時(shí)間和能源；

3. 反應(yīng)始終在密閉容器中進(jìn)行，氣密性更加有保障；

4. 不需“先在空氣中點(diǎn)燃后伸入”這個(gè)步驟，直接在密閉容器中反應(yīng)，可以 節(jié)約藥品，還能減少因操作時(shí)間帶來的實(shí)驗(yàn)誤差，以及減少煙塵對(duì)空氣的污染；

5. 白磷會(huì)自燃，即使在燃燒熄滅后仍在發(fā)生氧化反應(yīng)，幾乎把燒瓶內(nèi)的氧氣消耗盡；

6. 本實(shí)驗(yàn)導(dǎo)管較短，誤差更小。

[實(shí)驗(yàn)不足] 1. 操作步驟繁瑣、費(fèi)時(shí)費(fèi)力；

2. 后續(xù)數(shù)據(jù)處理麻煩；

3. 實(shí)驗(yàn)操作技能要求較高，操作失誤會(huì)引起實(shí)驗(yàn)失敗甚至燒瓶炸裂。

[反思與評(píng)價(jià)]

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(xì)沙的作用？

4. 怎樣計(jì)算空氣內(nèi)氧氣的體積分?jǐn)?shù)？

5. 與理論值有偏差嗎？

6. 為什么會(huì)有這樣的偏差？

7. 本實(shí)驗(yàn)要成功，有哪些注意事項(xiàng)？