測定空氣成分實(shí)驗(yàn)中若干問題的探究

潘金龍

中學(xué)化學(xué)研究性學(xué)習(xí)是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要途徑。近幾年來，筆者在初中化學(xué)課堂教學(xué)實(shí)踐中就此專題進(jìn)行了一些探索，現(xiàn)以測定空氣成分的實(shí)驗(yàn)（演示實(shí)驗(yàn)）為例進(jìn)行探究。

1由一次“失敗”實(shí)驗(yàn)引出的討論

在一次化學(xué)課上，筆者做完“測定空氣成分”的演示實(shí)驗(yàn)并講解完相關(guān)內(nèi)容后，請一位學(xué)生將實(shí)驗(yàn)重做一次。學(xué)生實(shí)驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，集氣瓶內(nèi)水面上升的高度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于集氣瓶內(nèi)空氣體積的1/5。筆者抓住這個(gè)機(jī)會(huì)，讓學(xué)生積極思考，分析實(shí)驗(yàn)“失敗”的原因。

2研究過程

2.1原因分析

（1）經(jīng)過思考討論之后，學(xué)生分析出了如下可能的原因：①紅磷的量不足，使得集氣瓶內(nèi)的氧氣沒有消耗完，氣體減少的體積小于空氣體積的1/5；②裝置氣密性不好（如橡皮塞沒有塞緊等），導(dǎo)致外界的氧氣進(jìn)入鐘罩內(nèi)；③測量體積時(shí)的溫度沒有恢復(fù)到原來的溫度，由于紅磷燃燒要放出熱量，使集氣瓶內(nèi)的氣體溫度高于室溫，剩余氣體處于膨脹狀態(tài)。

（2）在討論的過程中，有的學(xué)生還分析出了下列可能的原因：①水槽內(nèi)的水太少，上升不到所需的高度；②紅磷燃燒產(chǎn)生的白煙沒有完全消散，占據(jù)了一定的體積；③集氣瓶的刻度不準(zhǔn)；④燃燒匙伸得太長，使得水面上升到一定高度后將紅磷淹沒，無法繼續(xù)燃燒；⑤氣壓偏低；⑥讀數(shù)時(shí)仰視讀數(shù)。雖然這些情況出現(xiàn)的可能性不大，但筆者還是予以了肯定。

2.2知識(shí)延伸

在分析完原因后，筆者又提出了以下幾個(gè)問題（這些問題在后面的學(xué)習(xí)過程中給學(xué)生一一作了解答），作為一種激趣手段。

（1）燃燒的藥品紅磷能否用木炭、硫磺、蠟燭、鐵絲、鎂帶等物品代替？

解答：不能。

原因如下：①木炭、硫磺、蠟燭在燃燒時(shí)盡管消耗了氧氣，但同時(shí)會(huì)生成新的氣體，如二氧化碳、二氧化硫等，補(bǔ)充了空氣減少的部分；②鐵絲雖然在氧氣中能夠燃燒，但在空氣中卻不能燃燒；③鎂帶雖然與氧氣反應(yīng)生成氧化鎂固體，但它同時(shí)也會(huì)和空氣中的氮?dú)夥磻?yīng)生成氮化鎂固體而使氣體減少的體積偏多。

（2）要除去密閉容器內(nèi)空氣中的氧氣，得到較純凈的氮?dú)猓詈檬怯萌紵畏N物質(zhì)的方法？

解答：當(dāng)然是燃燒紅磷。

（3）家用電燈泡內(nèi)的玻璃柱上的一點(diǎn)暗紅色物體是什么？

解答：為了防止燈泡內(nèi)的鎢絲被氧氣氧化，常常要把燈泡內(nèi)的氧氣除盡，在燈泡內(nèi)的玻璃柱上涂一點(diǎn)紅磷可以將殘留在燈泡內(nèi)的氧氣消耗掉，以延長燈泡的使用壽命。

2.3提出假設(shè)

最后，筆者又提出了以下幾點(diǎn)假設(shè)，鼓勵(lì)學(xué)生利用課外時(shí)間分組討論、閱讀課外數(shù)據(jù)、上網(wǎng)查閱資料等多種方式繼續(xù)進(jìn)行研究。

（1）課本上的實(shí)驗(yàn)方法是不是唯一的方法？可不可以用其他的方法來研究空氣的組成？

（2）集氣瓶內(nèi)剩余的氣體是什么？它具有哪些性質(zhì)？如何驗(yàn)證你的猜測？

3小結(jié)

在測定空氣成分實(shí)驗(yàn)的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)中，學(xué)生的結(jié)論也許不太準(zhǔn)確，但這并不重要，重要的是他們在探索的過程中初步掌握了科學(xué)研究的一般方法，為把他們引入化學(xué)的殿堂營造了一個(gè)良好的開端。endprint