從空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)

朱世欽

【摘要】本文空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)入手結(jié)合武山鄉(xiāng)村學(xué)校化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，探究初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，推動地區(qū)化學(xué)課程改革的實(shí)效性。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)教學(xué) 化學(xué)課堂 方法

一、空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)探究

在實(shí)驗(yàn)“空氣中氧氣含量的測定”中，實(shí)驗(yàn)一般選中集氣瓶作為反應(yīng)容器存在以下問題：讀數(shù)時原裝置導(dǎo)管內(nèi)有水，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小；用酒精燈點(diǎn)燃紅磷時，一部分熱隨空氣排出，同時紅磷燃燒產(chǎn)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(shí)驗(yàn)操作，減少誤差，避免污染空氣，本人對原裝置實(shí)驗(yàn)做了如下改進(jìn)。

[實(shí)驗(yàn)原理] 如下圖，在密閉容器內(nèi)紅磷燃燒生成固體五氧化二磷消耗了氧氣，利用反應(yīng)前后容器內(nèi)壓強(qiáng)變化導(dǎo)致液體進(jìn)入容器，依據(jù)容器內(nèi)的液體體積來測量空氣中氧氣的含量。

根據(jù)上述實(shí)驗(yàn)原理及對氧氣、二氧化碳、堿的性質(zhì)回顧，實(shí)驗(yàn)裝置的創(chuàng)新主要從三個方面進(jìn)行：耗氧氣藥品的選擇；反應(yīng)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(zhuǎn)化成其它氣體，再進(jìn)一步進(jìn)行吸收。

[實(shí)驗(yàn)探究一] 學(xué)生通過分組實(shí)驗(yàn)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(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)差，所以實(shí)驗(yàn)失敗了。改進(jìn)方法：將廣口瓶內(nèi)的水換成氫氧化鈉溶液。反應(yīng)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?xì)怏w，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(shí)驗(yàn)也失敗了，鎂在空氣中燃燒，不僅能與氧氣反應(yīng)，而且能與空氣中的二氧化碳及氮?dú)獍l(fā)生反應(yīng)，所以實(shí)驗(yàn)不能順利進(jìn)行。反應(yīng)方程式為：

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

[實(shí)驗(yàn)探究二] 利用直流電源加熱的辦法點(diǎn)燃白磷和銅，還可用熱水點(diǎn)燃白磷。

[反思與評價]

圖1：燃著的紅磷伸入瓶內(nèi)的一瞬間，瓶內(nèi)的空氣膨脹，總會有一部分氣體隨空氣排出，導(dǎo)致測量結(jié)果偏大，而且白煙污染環(huán)境。

圖2 ： 操作簡便，誤并小.但是試管內(nèi)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(dāng)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(diǎn)，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(xiàn)了綠色化學(xué)的環(huán)保理念。

[拓展與延伸]

該實(shí)驗(yàn)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(jié)論.

1、紅磷的燃燒條件：紅磷不點(diǎn)時不燃。瓶內(nèi)紅磷燃燒一會就熄來了是因?yàn)槠績?nèi)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?dú)怏w積含量約占空氣體積的 ：空氣主要由氧氣和氮?dú)饨M成，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)測得空氣中氧氣約占空氣體積的 ，則剩余氣體基本為氮?dú)狻?/p>

3、氮?dú)獠恢С旨t磷燃燒：紅磷在瓶內(nèi)燃燒消耗大部分氧氣后熄滅，剩下的氮?dú)獠⒉荒苤С旨t磷繼續(xù)燃燒。

4、氮?dú)獗旧硪膊荒苋紵喝贾募t磷伸入瓶中，若氮?dú)庖膊恢С秩紵?，則可能出現(xiàn)瓶內(nèi)水面上升超過 。

5、氮?dú)獠灰兹苡谒杭t磷開始燃燒時，瓶內(nèi)壓強(qiáng)增大，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后瓶內(nèi)壓強(qiáng)降低，水被吸入瓶內(nèi)，這期間，氮?dú)馀c水充分接角，若氮?dú)庖兹苡谒?，則瓶內(nèi)水面上升可能超過 。

6、往集氣瓶內(nèi)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(dǎo)致溶液成酸性。

二、鄉(xiāng)村學(xué)習(xí)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式探究

1、增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的探究性

在化學(xué)教學(xué)中盡管有較多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，也應(yīng)把這個過程當(dāng)作學(xué)生自主探究的過程。要注重引導(dǎo)學(xué)生有意地去設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生的發(fā)散性思維，從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。以同容積的兩瓶盛飽和NaCl溶液和蒸餾水的鑒別為例：學(xué)生在學(xué)完溶液后教師可以讓學(xué)生通過探究將兩種物質(zhì)鑒別開來，并寫出鑒別的方法和結(jié)論。學(xué)生起初會從已有的知識結(jié)構(gòu)來考慮，他們首先想到的是蒸發(fā)溶劑法，用這種化學(xué)法將兩者區(qū)別開來。然后教師可以引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行多學(xué)科、多層次的思考，從本質(zhì)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(dǎo)致了二者的物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)上的不同。學(xué)生通過發(fā)散性思考，并通過具體的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，得出了許多鑒別方法：（1）物理法----稱重量法；電池導(dǎo)電法；物塊在溶液中的浮力測量法。（2）化學(xué)法----蒸發(fā)溶劑法；溶質(zhì)溶解法。（3）生物法----品嘗法；新鮮蔬菜失水法。

2、課堂教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)

課堂教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)，最能調(diào)動學(xué)生的情緒，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和求知欲。人教版新教材按照義務(wù)教育新大綱規(guī)定的31項(xiàng)演示實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，在各章節(jié)中共安排了85個課堂演示實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)有的是對化學(xué)概念、原理的闡述，有的是對元素化合物知識的分析、驗(yàn)證，有的則屬于實(shí)驗(yàn)基本操作技能。

例如，在§2-1分子這一節(jié)教學(xué)中，補(bǔ)充了氨的揮發(fā)、碘在酒精中擴(kuò)散（溶散）的實(shí)驗(yàn)，加深了學(xué)生對分子運(yùn)動的感性認(rèn)識，在§1-4燃燒和緩慢氧化的教學(xué)中，對白磷的燃燒演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，用球膽向燒杯的熱水中緩緩?fù)ㄈ隣2，可看到熱水中的白磷與O2接觸后，也開始燃燒，產(chǎn)生火光。演示結(jié)束后，我請學(xué)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(bǔ)充演示紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)，將少量紅磷放在鐵紗網(wǎng)上，直接在酒精燈火焰上加熱，請學(xué)生觀察紅磷在空氣中燃燒的現(xiàn)象，最后指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材內(nèi)容，歸納總結(jié)出燃燒的條件。學(xué)生反映這樣學(xué)既能理解，又記得牢。

總之，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)需要相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)用具這對于鄉(xiāng)村學(xué)校而言是瓶頸，況且化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在安全隱患，這是鄉(xiāng)村學(xué)校開展化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不得不面對的現(xiàn)實(shí)。