氧傳感器在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

顧海文

摘?要：實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)的重要組成，在化學(xué)教學(xué)中，教師應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，在實(shí)驗(yàn)中啟發(fā)學(xué)生的探究思維，將知識(shí)學(xué)習(xí)融入到化學(xué)實(shí)驗(yàn)之中，在實(shí)驗(yàn)步驟中，完善對(duì)于理論知識(shí)的驗(yàn)證，提升學(xué)生的實(shí)踐應(yīng)用能力，在高中實(shí)驗(yàn)中，利用傳感器的靈敏高效的特點(diǎn)，作為輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)，可以有效發(fā)揮其測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，完成傳統(tǒng)教學(xué)中無(wú)法做到的實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：氧傳感器;高中化學(xué);應(yīng)用研究;數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

引言：

傳感器是數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的核心組成，氧傳感器簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是利用電極在不同的氧氣濃度測(cè)試中產(chǎn)生微弱的電流，并將電流的數(shù)值大小轉(zhuǎn)化為氧氣濃度的數(shù)值，這樣在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中可以得到直觀的展示認(rèn)知，從而加深學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的理解，在教學(xué)中教師可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)的不同，選擇不同的傳感器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

一、探究實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的收集時(shí)間和驗(yàn)純方法

排水法是制取氧氣常用的收集方法，當(dāng)導(dǎo)管口冒出氣泡作為氧氣收集時(shí)間的最佳時(shí)機(jī)，但是氧氣傳感器在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用可以讓學(xué)生直觀的了解，實(shí)驗(yàn)中制取氧氣和驗(yàn)純的最佳方法，根據(jù)氧氣傳感器對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究思辨的精神，以高錳酸鉀加熱法制取氧氣的過(guò)程中，在氣泡連續(xù)均勻冒出的時(shí)候，采用氧氣傳感器進(jìn)行測(cè)量氧氣的濃度僅僅只有28.7%，氧氣濃度明顯不高，通過(guò)氧氣傳感器可以得知，氧氣收集的時(shí)間應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)生的30秒之后，在實(shí)驗(yàn)中，用帶火星的木條進(jìn)行氧氣的檢驗(yàn)，依然可以做到木條的復(fù)燃，但是根據(jù)氧氣傳感器實(shí)驗(yàn)不同濃度的氧氣中木條復(fù)燃的情況，氧氣濃度在36%可以讓木條復(fù)燃，以帶火星的木條去檢驗(yàn)氧氣的濃度僅僅只是大略的測(cè)估，而氧氣傳感器在實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用，可以有效地讓學(xué)生通過(guò)真實(shí)的數(shù)值，進(jìn)行深入的研究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)踐實(shí)驗(yàn)精神[1]。

二、探究Fe（OH）2容易被氧化的原因

在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，首先應(yīng)該理解Fe（OH）2被氧化是氧氣的作用，為了保存Fe（OH）2使用了多種的化學(xué)還原劑，即使是有還原劑的情況下，F(xiàn)e（OH）2依然還是被氧化了，在制取Fe（OH）2時(shí)，灰白色沉淀變成了灰綠色，最終成為了紅褐色，教師往往會(huì)說(shuō)這種紅褐色的物質(zhì)就是Fe（OH）3，但是學(xué)生很難理解，為什么FeSO4能存在，為什么Fe（OH）2就很容易被氧化，教師可以提出假設(shè)，是溶液中的溶解氧造成了這種反應(yīng)的發(fā)生，教師可以利用氧氣傳感器測(cè)量氧氣的含量，利用溶解氧傳感器測(cè)量溶液中的氧氣含量，利用溶解氧傳感器可以明顯看到Fe（OH）2溶液中氧氣含量的變化，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，連續(xù)測(cè)定Fe（OH）2溶液中溶解氧數(shù)值在不斷的減小，溶解氧和上方空氣的氧氣含量都在不斷的減少，從而證明了Fe（OH）2的制取過(guò)程中物質(zhì)顏色的變化，是溶解氧和空氣共同有氧化的結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以將宏觀的知識(shí)概念變得可視化，直觀化，通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)于背后化學(xué)規(guī)律的探究，讓學(xué)生能夠產(chǎn)生直觀的理解認(rèn)知。

三、探究暖寶寶的發(fā)熱原理

暖寶寶的成分中有鐵粉，碳粉，水，氯化鈉等等組成，當(dāng)我們撕開(kāi)保護(hù)膜的時(shí)候，空氣中的氧氣是否參與到了發(fā)熱過(guò)程中，對(duì)此我們對(duì)暖寶寶的發(fā)熱過(guò)程，可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，我們將暖寶寶的成分導(dǎo)入到三頸燒杯中，同時(shí)通過(guò)常量氧傳感器進(jìn)行氧氣的檢測(cè)和溫度計(jì)進(jìn)行溫度測(cè)量，隨著現(xiàn)象發(fā)生，可以看到氧氣的含量在不斷的減少，而溫度在不斷的上升，根據(jù)這樣的情況暖寶寶的發(fā)熱需要氧氣的參與，暖寶寶的反應(yīng)原理則是，當(dāng)去掉外袋后，內(nèi)袋暴露在空氣里，空氣中的氧氣通過(guò)透氣膜進(jìn)入里面。放熱的時(shí)間和溫度就是通過(guò)透氣膜的透氧速率進(jìn)行控制的，利用原電池加快氧化反應(yīng)速度，將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，通過(guò)常量氧傳感器和溫度計(jì)可以明顯看到暖寶寶在反應(yīng)過(guò)程中，氧氣數(shù)值的直觀變化和溫度的上升。

四、探究過(guò)氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)

很多人覺(jué)得過(guò)氧化鈉只有和濕潤(rùn)的二氧化碳才能反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣，對(duì)此我們可以進(jìn)行兩種探究，過(guò)氧化鈉和二氧化碳的反應(yīng)到底是怎么樣的，首先是過(guò)氧化鈉和潮濕的二氧化碳反應(yīng)，將潮濕的二氧化碳?xì)怏w通入到三頸燒杯中，在瓶頸口分別插入濕度傳感器和二氧化碳傳感器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集，可以看到二氧化碳濃度和相對(duì)濕度都在不斷的下降，生成白色的鹽酸納，觸摸容器溫度略有上升，該反應(yīng)為放熱反應(yīng)。隨后進(jìn)行干燥的二氧化碳和過(guò)氧化鈉的反應(yīng)，三頸燒瓶的底部放入無(wú)水硫酸鈣，并將產(chǎn)生的干燥二氧化碳?xì)怏w通入三頸燒瓶片刻，迅速在三頸燒瓶的瓶頸口分別插入濕度傳感器、二氧化碳傳感器，待二氧化碳濃度穩(wěn)定后，用鐵絲戳破裝有過(guò)氧化鈉的塑料袋，使過(guò)氧化鈉和二氧化碳進(jìn)行充分反應(yīng)之后，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在數(shù)據(jù)和反應(yīng)現(xiàn)象的觀察中，可以看出過(guò)氧化鈉和干燥的二氧化碳以可以反應(yīng)生成碳酸鈉和氧氣，通過(guò)氧氣傳感器檢測(cè)反應(yīng)過(guò)程中的氧氣生成，并通過(guò)氧氣傳感器進(jìn)行顯示，感受到反應(yīng)的直觀變化。

五、結(jié)束語(yǔ)

在高中化學(xué)的實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)氧傳感器在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的引用，可以有助于學(xué)生的直觀理解認(rèn)知，開(kāi)發(fā)更多的高中化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的過(guò)程中和知識(shí)學(xué)習(xí)形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)實(shí)踐應(yīng)用能力。

參考文獻(xiàn)

[1]?王磊，魏銳. 學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展導(dǎo)向的高中化學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)要求——《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》解讀[J]. 化學(xué)教育，2018，39（9）：48-53.

基金項(xiàng)目：江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2018年度普教重點(diǎn)資助課題“基于現(xiàn)代分析技術(shù)的高中化學(xué)拓展課程實(shí)踐研究”的研究成果（立項(xiàng)編號(hào)：B—a/2018/02/60）