关于初中化学“测定空气中氧气体积分数”实验的反思与创新

王春霞

关于初中化学“测定空气中氧气体积分数”实验的反思与创新

王春霞

（常州市泰村实验学校江苏常州213000）

文章对初中化学“测定空气中氧气体积分数”的常见装置进行分析、探究，并给出了一种新方法。

实验探究；体积分数；喷泉实验

关于“测定空气中氧气体积分数”的知识点，是常州市化学第一学期期中考试的高频考点。笔者收集了“测定空气中氧气体积分数”各种改进装置，如下图所示。围绕这些装置，可以展开各种探究活动。

一、从多角度展开实验探究

1.实验装置探究

课本实验装置主要是集气瓶、烧杯，改进实验装置包括U形管、注射器、硬质玻璃管、量筒、水槽、钟罩等。对此，教师应理性地反思各种实验装置的设计思路，把构造简单、操作方便、现象直观的优秀设计方案应用到我们的教学中。教师还可给出多种仪器选择，组装出更多的装置，小组讨论后找出优点。让学生自主探究，不仅可以使学生更加熟悉实验仪器，而且可以锻炼学生发散思维的能力，有利于培养学生的创新精神和实践能力。

2.不同药品探究

由于初中生刚刚接触化学，难以选择燃烧什么物质把空气中的氧气消耗掉，教科书中使用的药品是红磷。教师可以引导学生思考并设计实验方案：能否用铁丝、镁条、木炭、蜡烛代替红磷测定空气中氧气的体积分数？蜡烛或木炭不能代替红磷做实验，能否添加某种试剂把生成的二氧化碳吸收掉，使装置内压强减小呢？铜丝是没有可燃性的，但是为什么也能完成该实验？

学生通过分组实验探究活动，得出测定空气中氧气体积分数的药品所需要满足的条件：第一，具有可燃性；第二，能与空气中氧气反应，且不与其他成分反应；第三，生成物最好是液体或固体，若是气体，必须要用其他物质完全吸收。

3.热传递方式探究

通过观察各种改进装置，得出热传递方式：酒精灯点燃、金属导热、放大镜聚光、热水浴、缓慢氧化放热等等。多种热传递方式，可以开阔学生思维，拓展视野。

4.实验结果探究

科学探究中最重要、最核心的能力要素就是通过分析得到结论的能力。在教学过程中，教师要对实验结果有多视角、多维度的分析，充分挖掘教学内容的功能价值，它不仅有承载知识本体的功能，也有承载能力培养的功能。

在测定空气中氧气体积分数的诸多改进装置中，教师可以进一步提出具有思考价值的问题：这些装置都适合在短期内测定空气中氧气的体积分数吗？若能够，测定的共同原理是什么？对比课本实验装置，这些改进装置各有哪些优缺点？从而让学生初步学会用观察、分析的方法获取信息，并从信息中得出科学结论。

二、“喷泉实验”——测定空气中氧气体积分数的新方法

1.课本实验中的不足之处

（1）红磷着火点较高，为240℃，点燃时需要用酒精灯加热较长时间，浪费时间和能源；

（2）检验完装置气密性后要拔出橡皮塞，点燃后再塞紧，在拔插橡皮塞的过程中，可能会引起装置漏气；

（3）红磷在空气中点燃的过程中会有大量的五氧化二磷逸出，污染空气，影响人体健康，还会浪费药品；

（4）点燃红磷后要迅速塞紧橡皮塞，但是速度再快，也是需要时间的，只要时间不为零，在塞紧橡皮塞的过程中，瓶内空气必定有部分逸出，使最终结果偏大；

（5）进水的导管过长，导管内氧气不参与反应，但最终会进入集气瓶，使最终结果偏小；

（6）红磷燃烧熄灭并不是容器里的氧气耗尽，而是氧气的浓度降低到不能再支持红磷燃烧，即红磷燃烧仅消耗70%～80%左右的氧气，所以水面不可能达到1/5的理想高度。

2.“喷泉实验”教学设计

［实验目的］

针对课本实验装置不足，对“测定空气中氧气体积分数”的实验进行改进，减小实验误差，节约药品，保护环境，并增加实验的观赏性；培养学生发现问题、解决问题的能力。

［实验用品］

白磷、细沙、蒸馏水、铁架台、圆底烧瓶、烧杯、量筒、镊子、玻璃导管、乳胶管、橡皮塞、酒精灯、火柴、石棉网、注射器、记号笔。

［实验装置］

［实验操作］

1.连接仪器，检查装置气密性；

2.向圆底烧瓶中加入少量细沙，用镊子夹取一块黄豆大小白磷，用滤纸吸干表面水分，放在细沙上面；

3.点燃酒精灯，加热白磷；

4.待烧瓶内白磷燃烧完毕，将装置降到室温；

5.倒置烧瓶，将顶端导管伸入盛水的烧杯，打开止水夹，形成喷泉；

6.把烧瓶内倒吸的水导入量筒，量出体积。

［实验优点］

1.“喷泉”实验形象直观；

2.白磷的着火点很低（40℃），缩短点燃时间，节约时间和能源；

3.反应始终在密闭容器中进行，气密性更加有保障；

4.不需“先在空气中点燃后伸入”这个步骤，直接在密闭容器中反应，可以节约药品，还能减少因操作时间带来的实验误差，以及减少烟尘对空气的污染；

5.白磷会自燃，即使在燃烧熄灭后仍在发生氧化还原反应，几乎把烧瓶内的氧气消耗尽；

6.本实验导管较短，误差更小。

［实验不足］

1.操作步骤烦琐、费时费力；

2.后续数据处理麻烦；

3.实验操作技能要求较高，操作失误会引起实验失败甚至烧瓶炸裂。

［反思与评价］

1.为什么形成“喷泉”？

2.装置中注射器起什么作用？

3.烧瓶底部细沙的作用是什么？

4.怎样计算空气中氧气的体积分数？

5.与理论值有偏差吗？

6.为什么会有这样的偏差？

7.本实验要成功，有哪些注意事项？

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10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.034