對探究空氣成分實驗的思考與改進

陸益鋒

摘要：華師大版科學教材上的“探究空氣的成分”活動，雖儀器簡單、操作簡單、現象也明顯，但存在會污染環(huán)境、測量誤差大、可視性不高等問題。為此，筆者另加了鐵架臺、針筒、紅墨水、電阻絲、學生電源、電流表等一些實驗室常用的器材，采用針筒內水量的變化與原等份法一起測量、點燃方式改為“電阻絲通電的內引燃”、實驗前后保持針筒內液面與集氣瓶內液面相平、集氣瓶倒置的狀態(tài)下使用紅墨水染色后的水能形成噴泉現象等方面進行了改進，減小了實驗誤差更具有說服力，同時使該實驗更好的激發(fā)了學生的興致。

關鍵詞：空氣的成分;實驗;改進

華師大版（2012）七年級科學下冊P52，第二章第2節(jié)《空氣的成分》中“探究空氣的成分實驗”（如圖1），在實際的操作過程中發(fā)現該實驗存在以下缺陷：（1）集氣瓶的容積很難平分成5等份，會影響實驗結果;（2）紅磷在酒精燈火焰上點燃，產生有毒物質P2O5會污染大氣及威脅到實驗者與觀察者;（3）將點燃的紅磷送入集氣瓶的過程中，會使一部分瓶內的空氣逸出，影響實驗結果的可靠性和說服力;（4）要立即塞緊橡皮塞，裝置的氣密性可能很難保證;（5）導管中空氣等打開止水夾時會被壓入瓶內，會導致測量結果變小;（6）因為要等冷卻后，再打開止水夾，試驗時間長;（7）當燒杯中的水不再沿導管進入瓶中時，導管內會存在一段水柱，這樣會使瓶內剩余氣體的壓強小于燃燒前瓶內空氣壓強（等于外界大氣壓），即剩余空氣處于膨脹狀態(tài)，使測量結果變小;（8）整個實驗的可視度、觀賞性與震撼程度稍欠火候。

為此，針對實驗中碰到的問題，我通過查閱大量資料與反復試驗后做了以下改進：（1）采用針筒內水量的變化與原等份法一起測量，增強說服力;（2）點燃方式改為“電阻絲通電的內引燃”這樣避免了有毒的P2O5飄散到空氣中，同時也避免了瓶內的空氣跑出和保障了裝置的氣密性;（3）實驗開始前，在導管中灌滿水，避免原導管中空氣對實驗的影響;（4）在瓶底上方放一團濕棉球，起到冷卻作用，進而縮短了實驗的時間;（5）冷卻后打開止水夾，當水不再進入瓶內時，將針筒升到一定高度，使針筒內液面與集氣瓶內液面相平。即使燃燒前后的瓶內氣壓不變。（6）集氣瓶倒置的狀態(tài)下，用紅墨水染色后的水能形成噴泉現象，易于觀察，增加可視度。

一、實驗的原理

磷燃燒消耗瓶內氧氣，生成白色固體，冷卻后瓶內壓強小于外界大氣壓時會產生壓力差，促使液體流入容器內，及體現了等效替代的科學方法。

二、實驗器材與實物圖（如圖2）

紅磷、藥匙、燒杯、鐵架臺、鐵夾、集氣瓶、

橡皮塞、滴管、針筒、紅墨水、橡皮管、玻璃導管、

水、止水夾、燃燒匙、兩根硬鐵絲、電阻絲、學生

電源、開關、導線若干、老虎鉗、水槽、電流表等。

三、實驗步驟

1.按圖2裝好裝置，倒置的狀態(tài)下，在導管中灌滿水，并打開止水夾檢查氣密性。

2.將紅磷放在燃燒匙中，至蓋住電阻絲，將橡皮塞倒塞入集氣瓶。

3.閉合學生電源的開關。觀察集氣瓶內的變化。

4.到反應停止后，在瓶底上方放一團濕棉球，冷卻裝置至室溫。

5.打開夾子。觀察集氣瓶內變化。

6.等水不再進入瓶內時，將針筒升到一定高度，使針筒內液面與集氣瓶內液面相平。最后從瓶上的等分線可知進入集氣瓶的水體積占集氣瓶的1/5，并結合看針筒中減少的水的體積，就知道了瓶內氧氣的體積，再次得出集氣瓶空氣中氧氣的體積分數。

四、達到的效果

1.利用壓強差形成噴泉很直觀形象，激發(fā)了學生的興趣。

2.雙重數據相結合，減小了實驗誤差，更具說服力。

五、仍存在的問題及后續(xù)改進方向

1.用激光點火等多種方式，讓學生嘆為觀止。

2.嘗試利用具支試管，橡皮管和止水夾構成一個密閉的系統，用酒精燈加熱等。最終設計開發(fā)出器材簡單易操作，經濟、安全、污染少，效果好的學生實驗裝置。

參考文獻：

[1] 《科學學習中100個疑難問題》.鄭青岳等.浙江教育出版社.

[2] 《基于“輕負高效”的初中科學生活化實驗資源庫建設》.金可澤.

[3] 《從過程與方法維度重構實驗教學》王榮橋（教學與管理）2016年3月1日.