空气里氧气含量测定实验的新设计-《化学教学》(2017年3期).docx

龙源版权所有 空气里氧气含量测定实验的新设计作者：姚秋玲 王锋来源：《化学教学》2017年第03期 摘要：基于初中化学教材中空气里氧气含量测定实验的精确性、操作性及环境影响等方面的不足，利用量气管原理、激光笔快速点火等方法设计了新的实验装置及操作方法。实践表明，新设计的实验具有装置简单、操作简便、测量准确、细节鲜明、效率高、效果好等优点。 关键词：空气里氧气含量测定；实验装置改进；实验探究 文章编号：1005–6629（2017）3–0072–03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 空气是人类最重要的生存资源之一，也是学生最熟悉的身边的化学物质之一。初中化学是化学教育的启蒙阶段，教材选用空气作为学生在初中化学重点研究的第一种物质。学生通过小学《科学》及生活经验中已了解其相关内容，但空气看不见，摸不着，因此学生对空气的认识只停留在粗浅的感性认识层面。化学教材借助实验手段，让学生的认识更深入。空气里氧气含量测定的实验，让学生进一步感受空气的存在，更深入认识空气的组成，并在这一基础上进一步建构纯净物和混合物的概念[1]。此外，学生在这一化学实验中，初步学习了进行观察、记录等实验技能；初步学习了分析实验现象获得结论的方法；初步感受了定量测定的科学实验方法。作为较复杂的定量演示，实验过程中还产生五氧化二磷等污染物，因此，实验的精确性、演示的简洁性以及实验的绿色化等方面便成为这一实验改进的重点内容。本实验将从以上几个方面对本实验的改进进行相关探讨。 1 教材的经典实验设计 1.1 教材的实验装置及原理 大部分教材使用的装置如图1所示，利用稍过量的红磷在密闭容器内燃烧，几乎消耗全部的氧气，使集气瓶内气体减少，当温度冷却至室温时，集气瓶中的气体压强减小；打开止水夹，观察到水倒流到集气瓶中，集气瓶中液面上升至约占瓶内空气体积的1/5。可以得出结论：空气的组成不是单一的，氧气约占空气体积的1/5 [2]。 1.2 教材实验的不足 红磷的着火点为240℃，如果在集气瓶外用酒精灯进行点燃，生成物五氧化二磷白烟会大量逸散到空气中，这样造成环境污染；装置无法始终完全密闭，引起测量的系统误差；红磷燃烧过程中放热，会使瓶内气体受热膨胀，有可能使塞子弹出，造成实验的偶然误差；导管中的容积，实验过程中通常只能忽略不计，这也会引起测量误差。 2 其他设計与改进评述 针对教材的不足，许多化学教师进行了改进，例如图2、图3[3]、图4[4]。这些改进虽然满足了装置始终密闭的要求，但仍然存在不足。 在装置上：图2和图3反应结束后玻璃管内液面上升，高低液面产生压强差，由于装置本身的问题而无法去缓解调整，使实验测量不准确。图4的装置比较复杂，所选器材需要进行再加工才能使用，操作时需要来回推动注射器以使反应充分进行，组装和操作上都有困难，气体体积还需要进一步计算，现象不够直观，更使本实验的难度提高了许多。 加热方式上：图2采用电热丝通电加热的方式，对电池功率要求较高，装置显得复杂。图3采用酒精灯加热铝丝的方式，使加热速度慢，成功率低。 药品改进上：图4采用铜丝作用来消耗氧气，反应需要约4min，耗时比白磷长了许多；有些学者采用食品脱氧剂，主要成分为活性铁粉[5]，反应速率慢，需要时间更长，约30min，不适合用于课堂上演示实验。 3 新设计的实验 3.1 改进实验装置 实验装置如图5（简单示意图）、图6（实物图）所示，使用器材有：玻璃管、燃烧匙、50mL酸式滴定管、高功率激光笔、橡胶导管、铁架台等。 本套装置所用器材都是中学化学所涉及的普通仪器，取用方便，且不需要进行再改装。装置看起来简洁大方，用橡胶导管连接玻璃管与滴定管。学生利用已有物理知识，能马上明白教师的意图···试读结束