从空气中氧气含量的测定实验探究实验教学

朱世钦

【摘要】本文空气中氧气含量的测定实验入手结合武山乡村学校化学实验教学，探究初中化学实验的教学方式，推动地区化学课程改革的实效性。

【关键词】实验教学 化学课堂 方法

一、空气中氧气含量的测定实验探究

在实验“空气中氧气含量的测定”中，实验一般选中集气瓶作为反应容器存在以下问题：读数时原装置导管内有水，使实验结果偏小；用酒精灯点燃红磷时，一部分热随空气排出，同时红磷燃烧产生大量白烟会污染空气；装置气密性不好；冷却至室温需要时间。为了简化实验操作，减少误差，避免污染空气，本人对原装置实验做了如下改进。

[实验原理] 如下图，在密闭容器内红磷燃烧生成固体五氧化二磷消耗了氧气，利用反应前后容器内压强变化导致液体进入容器，依据容器内的液体体积来测量空气中氧气的含量。

根据上述实验原理及对氧气、二氧化碳、碱的性质回顾，实验装置的创新主要从三个方面进行：耗氧气药品的选择；反应条件的提供；气体体积的测量。

最佳的药品选择：

1、从药品的属性角度有三种拓展方向：（1）其他常见的非金属硫、 木炭等：（2）常见的金属铜、镁等；（3）蜡烛。

2、从氧气的含量最终必须到零的角度也有两种方法：（1）直接吸收到零法（用水）；（2）间接吸收到零法（用氢氧化钠溶液），即首先将氧气转化成其它气体，再进一步进行吸收。

[实验探究一] 学生通过分组实验用木炭、硫、镁、蜡烛分别代替磷。硫燃烧虽然消耗氧气，却生成了二氧化硫气体，广口瓶没有产生气体的压强差，所以实验失败了。改进方法：将广口瓶内的水换成氢氧化钠溶液。反应方程式为：

SO2+2NaOH === Na2SO3+H2O。木炭、蜡烛燃烧在消耗氧气的同时也生成了二氧化碳气体，而且在氧气不足时还会生成不溶于水或氢氧化钠溶液的一氧化碳，所以实验也失败了，镁在空气中燃烧，不仅能与氧气反应，而且能与空气中的二氧化碳及氮气发生反应，所以实验不能顺利进行。反应方程式为：

2Mg + CO2 === 2MgO + C 3Mg + N2 === Mg3N2

[实验探究二] 利用直流电源加热的办法点燃白磷和铜，还可用热水点燃白磷。

[反思与评价]

图1：燃着的红磷伸入瓶内的一瞬间，瓶内的空气膨胀，总会有一部分气体随空气排出，导致测量结果偏大，而且白烟污染环境。

图2 ： 操作简便，误并小.但是试管内的气体受热膨胀会有一部分随空气排出。

图3 ： 用润滑性好的注射器当容器，可减少污染.

图4 ： 用白磷代替红磷，利用白磷缓慢氧化的特点，更有利于氧气的消耗；检查装置的气密性方便快捷，一目了然；自然冷却的速度快；

无污染，充分体现了绿色化学的环保理念。

[拓展与延伸]

该实验除证明空气中氧气的体积量约为空气体积的 外，还可得到以下结论.

1、红磷的燃烧条件：红磷不点时不燃。瓶内红磷燃烧一会就熄来了是因为瓶内没有氧气或氧气含量太少。这说明红磷燃烧的条件是：需要一定的温度和一定含量的氧气。

2、氮气体积含量约占空气体积的 ：空气主要由氧气和氮气组成，因为实验测得空气中氧气约占空气体积的 ，则剩余气体基本为氮气。

3、氮气不支持红磷燃烧：红磷在瓶内燃烧消耗大部分氧气后熄灭，剩下的氮气并不能支持红磷继续燃烧。

4、氮气本身也不能燃烧：燃着的红磷伸入瓶中，若氮气也不支持燃烧，则可能出现瓶内水面上升超过 。

5、氮气不易溶于水：红磷开始燃烧时，瓶内压强增大，实验结束后瓶内压强降低，水被吸入瓶内，这期间，氮气与水充分接角，若氮气易溶于水，则瓶内水面上升可能超过 。

6、往集气瓶内的水中滴加几滴紫色石蕊试液，液体会变红。原因是红磷燃烧生成的五氧化二磷溶于水，导致溶液成酸性。

二、乡村学习开展实验教学方式探究

1、增强实验的探究性

在化学教学中尽管有较多的验证性实验，也应把这个过程当作学生自主探究的过程。要注重引导学生有意地去设计探究性实验，发展学生的发散性思维，从而促进学生创新能力的发展。以同容积的两瓶盛饱和NaCl溶液和蒸馏水的鉴别为例：学生在学完溶液后教师可以让学生通过探究将两种物质鉴别开来，并写出鉴别的方法和结论。学生起初会从已有的知识结构来考虑，他们首先想到的是蒸发溶剂法，用这种化学法将两者区别开来。然后教师可以引导学生进行多学科、多层次的思考，从本质上分析二者的差异：饱和Na2Cl溶液存在Na+、Cl-和水分子，蒸馏水中只有水分子，这些差异导致了二者的物理性质、化学性质上的不同。学生通过发散性思考，并通过具体的实验验证，得出了许多鉴别方法：（1）物理法----称重量法；电池导电法；物块在溶液中的浮力测量法。（2）化学法----蒸发溶剂法；溶质溶解法。（3）生物法----品尝法；新鲜蔬菜失水法。

2、课堂教学中的演示实验

课堂教学中的演示实验，最能调动学生的情绪，激发他们学习的兴趣和求知欲。人教版新教材按照义务教育新大纲规定的31项演示实验内容，在各章节中共安排了85个课堂演示实验。这些实验有的是对化学概念、原理的阐述，有的是对元素化合物知识的分析、验证，有的则属于实验基本操作技能。

例如，在§2-1分子这一节教学中，补充了氨的挥发、碘在酒精中扩散（溶散）的实验，加深了学生对分子运动的感性认识，在§1-4燃烧和缓慢氧化的教学中，对白磷的燃烧演示实验进行改进，用球胆向烧杯的热水中缓缓通入O2，可看到热水中的白磷与O2接触后，也开始燃烧，产生火光。演示结束后，我请学生思考3个问题：1.为什么铜片上的白磷能燃烧，红磷不能燃烧？2.水中的白磷需要什么条件才能燃烧？3.红磷能不能燃烧？接着再补充演示红磷燃烧的实验，将少量红磷放在铁纱网上，直接在酒精灯火焰上加热，请学生观察红磷在空气中燃烧的现象，最后指导学生阅读教材内容，归纳总结出燃烧的条件。学生反映这样学既能理解，又记得牢。

总之，化学实验教学需要相应的实验用具这对于乡村学校而言是瓶颈，况且化学实验教学存在安全隐患，这是乡村学校开展化学实验教学不得不面对的现实。