從空氣中氧氣含量的測定實驗探究實驗教學

朱世欽

【摘要】本文空氣中氧氣含量的測定實驗入手結合武山鄉村學?；瘜W實驗教學，探究初中化學實驗的教學方式，推動地區化學課程改革的實效性。

【關鍵詞】實驗教學 化學課堂 方法

一、空氣中氧氣含量的測定實驗探究

在實驗“空氣中氧氣含量的測定”中，實驗一般選中集氣瓶作為反應容器存在以下問題：讀數時原裝置導管內有水，使實驗結果偏??；用酒精燈點燃紅磷時，一部分熱隨空氣排出，同時紅磷燃燒產生大量白煙會污染空氣；裝置氣密性不好；冷卻至室溫需要時間。為了簡化實驗操作，減少誤差，避免污染空氣，本人對原裝置實驗做了如下改進。

[實驗原理] 如下圖，在密閉容器內紅磷燃燒生成固體五氧化二磷消耗了氧氣，利用反應前后容器內壓強變化導致液體進入容器，依據容器內的液體體積來測量空氣中氧氣的含量。

根據上述實驗原理及對氧氣、二氧化碳、堿的性質回顧，實驗裝置的創新主要從三個方面進行：耗氧氣藥品的選擇；反應條件的提供；氣體體積的測量。

最佳的藥品選擇：

1、從藥品的屬性角度有三種拓展方向：（1）其他常見的非金屬硫、 木炭等：（2）常見的金屬銅、鎂等；（3）蠟燭。

2、從氧氣的含量最終必須到零的角度也有兩種方法：（1）直接吸收到零法（用水）；（2）間接吸收到零法（用氫氧化鈉溶液），即首先將氧氣轉化成其它氣體，再進一步進行吸收。

[實驗探究一] 學生通過分組實驗用木炭、硫、鎂、蠟燭分別代替磷。硫燃燒雖然消耗氧氣，卻生成了二氧化硫氣體，廣口瓶沒有產生氣體的壓強差，所以實驗失敗了。改進方法：將廣口瓶內的水換成氫氧化鈉溶液。反應方程式為：

SO2+2NaOH === Na2SO3+H2O。木炭、蠟燭燃燒在消耗氧氣的同時也生成了二氧化碳氣體，而且在氧氣不足時還會生成不溶于水或氫氧化鈉溶液的一氧化碳，所以實驗也失敗了，鎂在空氣中燃燒，不僅能與氧氣反應，而且能與空氣中的二氧化碳及氮氣發生反應，所以實驗不能順利進行。反應方程式為：

2Mg + CO2 === 2MgO + C 3Mg + N2 === Mg3N2

[實驗探究二] 利用直流電源加熱的辦法點燃白磷和銅，還可用熱水點燃白磷。

[反思與評價]

圖1：燃著的紅磷伸入瓶內的一瞬間，瓶內的空氣膨脹，總會有一部分氣體隨空氣排出，導致測量結果偏大，而且白煙污染環境。

圖2 ： 操作簡便，誤并小.但是試管內的氣體受熱膨脹會有一部分隨空氣排出。

圖3 ： 用潤滑性好的注射器當容器，可減少污染.

圖4 ： 用白磷代替紅磷，利用白磷緩慢氧化的特點，更有利于氧氣的消耗；檢查裝置的氣密性方便快捷，一目了然；自然冷卻的速度快；

無污染，充分體現了綠色化學的環保理念。

[拓展與延伸]

該實驗除證明空氣中氧氣的體積量約為空氣體積的 外，還可得到以下結論.

1、紅磷的燃燒條件：紅磷不點時不燃。瓶內紅磷燃燒一會就熄來了是因為瓶內沒有氧氣或氧氣含量太少。這說明紅磷燃燒的條件是：需要一定的溫度和一定含量的氧氣。

2、氮氣體積含量約占空氣體積的 ：空氣主要由氧氣和氮氣組成，因為實驗測得空氣中氧氣約占空氣體積的 ，則剩余氣體基本為氮氣。

3、氮氣不支持紅磷燃燒：紅磷在瓶內燃燒消耗大部分氧氣后熄滅，剩下的氮氣并不能支持紅磷繼續燃燒。

4、氮氣本身也不能燃燒：燃著的紅磷伸入瓶中，若氮氣也不支持燃燒，則可能出現瓶內水面上升超過 。

5、氮氣不易溶于水：紅磷開始燃燒時，瓶內壓強增大，實驗結束后瓶內壓強降低，水被吸入瓶內，這期間，氮氣與水充分接角，若氮氣易溶于水，則瓶內水面上升可能超過 。

6、往集氣瓶內的水中滴加幾滴紫色石蕊試液，液體會變紅。原因是紅磷燃燒生成的五氧化二磷溶于水，導致溶液成酸性。

二、鄉村學習開展實驗教學方式探究

1、增強實驗的探究性

在化學教學中盡管有較多的驗證性實驗，也應把這個過程當作學生自主探究的過程。要注重引導學生有意地去設計探究性實驗，發展學生的發散性思維，從而促進學生創新能力的發展。以同容積的兩瓶盛飽和NaCl溶液和蒸餾水的鑒別為例：學生在學完溶液后教師可以讓學生通過探究將兩種物質鑒別開來，并寫出鑒別的方法和結論。學生起初會從已有的知識結構來考慮，他們首先想到的是蒸發溶劑法，用這種化學法將兩者區別開來。然后教師可以引導學生進行多學科、多層次的思考，從本質上分析二者的差異：飽和Na2Cl溶液存在Na+、Cl-和水分子，蒸餾水中只有水分子，這些差異導致了二者的物理性質、化學性質上的不同。學生通過發散性思考，并通過具體的實驗驗證，得出了許多鑒別方法：（1）物理法----稱重量法；電池導電法；物塊在溶液中的浮力測量法。（2）化學法----蒸發溶劑法；溶質溶解法。（3）生物法----品嘗法；新鮮蔬菜失水法。

2、課堂教學中的演示實驗

課堂教學中的演示實驗，最能調動學生的情緒，激發他們學習的興趣和求知欲。人教版新教材按照義務教育新大綱規定的31項演示實驗內容，在各章節中共安排了85個課堂演示實驗。這些實驗有的是對化學概念、原理的闡述，有的是對元素化合物知識的分析、驗證，有的則屬于實驗基本操作技能。

例如，在§2-1分子這一節教學中，補充了氨的揮發、碘在酒精中擴散（溶散）的實驗，加深了學生對分子運動的感性認識，在§1-4燃燒和緩慢氧化的教學中，對白磷的燃燒演示實驗進行改進，用球膽向燒杯的熱水中緩緩通入O2，可看到熱水中的白磷與O2接觸后，也開始燃燒，產生火光。演示結束后，我請學生思考3個問題：1.為什么銅片上的白磷能燃燒，紅磷不能燃燒？2.水中的白磷需要什么條件才能燃燒？3.紅磷能不能燃燒？接著再補充演示紅磷燃燒的實驗，將少量紅磷放在鐵紗網上，直接在酒精燈火焰上加熱，請學生觀察紅磷在空氣中燃燒的現象，最后指導學生閱讀教材內容，歸納總結出燃燒的條件。學生反映這樣學既能理解，又記得牢。

總之，化學實驗教學需要相應的實驗用具這對于鄉村學校而言是瓶頸，況且化學實驗教學存在安全隱患，這是鄉村學校開展化學實驗教學不得不面對的現實。