對探究空氣成分實驗的思考與改進(jìn)

陸益鋒

（慈溪市宗漢錦綸初級中學(xué)，浙江 寧波315301）

（圖1）

華師大版（2012）七年級科學(xué)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(xiàn)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(jié)果；（2）紅磷在酒精燈火焰上點燃，產(chǎn)生有毒物質(zhì)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(nèi)的空氣逸出，影響實驗結(jié)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(dǎo)管中空氣等打開止水夾時會被壓入瓶內(nèi)，會導(dǎo)致測量結(jié)果變小；（6）因為要等冷卻后，再打開止水夾，試驗時間長；（7）當(dāng)燒杯中的水不再沿導(dǎo)管進(jìn)入瓶中時，導(dǎo)管內(nèi)會存在一段水柱，這樣會使瓶內(nèi)剩余氣體的壓強小于燃燒前瓶內(nèi)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(jié)果變?。唬?）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(fù)試驗后做了以下改進(jìn)：（1）采用針筒內(nèi)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(nèi)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(nèi)的空氣跑出和保障了裝置的氣密性；（3）實驗開始前，在導(dǎo)管中灌滿水，避免原導(dǎo)管中空氣對實驗的影響；（4）在瓶底上方放一團(tuán)濕棉球，起到冷卻作用，進(jìn)而縮短了實驗的時間；（5）冷卻后打開止水夾，當(dāng)水不再進(jìn)入瓶內(nèi)時，將針筒升到一定高度，使針筒內(nèi)液面與集氣瓶內(nèi)液面相平。即使燃燒前后的瓶內(nèi)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(xiàn)象，易于觀察，增加可視度。

一、實驗的原理

磷燃燒消耗瓶內(nèi)氧氣，生成白色固體，冷卻后瓶內(nèi)壓強小于外界大氣壓時會產(chǎn)生壓力差，促使液體流入容器內(nèi)，及體現(xiàn)了等效替代的科學(xué)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(dǎo)管、水、止水夾、燃燒匙、兩根硬鐵絲、電阻絲、學(xué)生電源、開關(guān)、導(dǎo)線若干、老虎鉗、水槽、電流表等。

（圖2）

三、實驗步驟

1.按圖2裝好裝置，倒置的狀態(tài)下，在導(dǎo)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(xué)生電源的開關(guān)。觀察集氣瓶內(nèi)的變化。

4.到反應(yīng)停止后，在瓶底上方放一團(tuán)濕棉球，冷卻裝置至室溫。

5.打開夾子。觀察集氣瓶內(nèi)變化。

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

四、達(dá)到的效果

1.利用壓強差形成噴泉很直觀形象，激發(fā)了學(xué)生的興趣。

2.雙重數(shù)據(jù)相結(jié)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(jìn)方向

1.用激光點火等多種方式，讓學(xué)生嘆為觀止。

2.嘗試?yán)镁咧г嚬埽鹌す芎椭顾畩A構(gòu)成一個密閉的系統(tǒng)，用酒精燈加熱等。最終設(shè)計開發(fā)出器材簡單易操作，經(jīng)濟、安全、污染少，效果好的學(xué)生實驗裝置。