《空氣中氧氣含量的測定》實(shí)驗(yàn)探究分析

1、空氣中氧氣含量的測定實(shí)驗(yàn)探究分析空氣對于所有學(xué)生來說都是一種非常熟悉的物質(zhì)，學(xué)生對于空氣的組成已有一定的認(rèn)識，例如：可通過可燃物的燃燒感知空氣中含有氧氣，通過綠色植物的光合作用和動植物的呼吸作用感知空氣中含有二氧化碳和氧氣，通過雨霧冰雪的形成感知到空氣中存在水蒸氣，通過對空氣污染的了解知道空氣中存在有害氣體等。雖然在小學(xué)自然課中學(xué)生學(xué)習(xí)過空氣主要有氮?dú)夂脱鯕饨M成的結(jié)論，但對于空氣中各種成分的含量是怎樣測定的卻沒有深刻的認(rèn)識?；谝陨险J(rèn)識，將空氣的成分一節(jié)“空氣中氧氣含量的測定”設(shè)計(jì)成探究實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)教育功能主要體現(xiàn)在以下幾方面從知識與技能來看(1) 了解空氣的主要成分；(2) 初步認(rèn)識純凈物、

2、混合物的概念，能區(qū)分些常見的純凈物和混合物；2、過程與方法(1) 通過對“測定空氣里氧氣含量”實(shí)驗(yàn)的操作、觀察、分析，了解空氣的組成；3、情感、態(tài)度與價值觀(1) 在探究過程中，能主動與人交流、討論，清晰地表達(dá)自己的觀點(diǎn)，逐步形成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和科學(xué)的學(xué)習(xí)方法；【教學(xué)模式】調(diào)查與討論，自主學(xué)習(xí)，實(shí)驗(yàn)探究等教學(xué)思路設(shè)計(jì)1、對于實(shí)驗(yàn)原理的研究空氣是一種有多種氣體組成的混合物，各種成分均勻的混合在一起，怎樣才能測量出其中所含氧氣的體積？問題一經(jīng)提出，同學(xué)們便陷于了思考。經(jīng)小組討論后，得出了兩種不同原理的方法：將空氣液化后，利用各種物質(zhì)的沸點(diǎn)不同，升高溫度使各物質(zhì)依次分離出來，將所的氧氣恢復(fù)為原來的溫

3、度和壓強(qiáng)，將所得氧氣的體積與原來空氣體積做比較；或者利用可燃物質(zhì)的燃燒將氧氣反應(yīng)掉，測量剩余氣體的體積，這也是測量或和氣體中某種氣體體積含量的常用方法。2、對于可燃物的選擇能夠和氧氣反應(yīng)的常見可燃物有許多，實(shí)驗(yàn)選擇哪一種呢？對此我沒有直接給出答案，而是首先給出木炭、硫磺、紅磷、鎂、銅分別與氧氣反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)表達(dá)式，并且標(biāo)出生成物的狀態(tài)，讓學(xué)生通過自己的思考、小組內(nèi)的討論去獲得結(jié)論。學(xué)生們在對實(shí)驗(yàn)原理理解的基礎(chǔ)上，結(jié)合教師給出的信息，比較順利的就將問題解決了，而且通過討論也明確了藥品選擇的依據(jù)：能與氧氣反應(yīng)但不能產(chǎn)生氣體。實(shí)驗(yàn)藥品的選擇：A紅磷 B 木炭 C硫磺、 D鎂、 E 銅磷 +氧氣五氧化

4、二磷（固體）碳 +氧氣二氧化碳（氣體）硫 +氧氣二氧化硫（氣體）鎂 +氧氣氧化鎂（固體）鎂 +氮?dú)獾V（固體）銅 +氧氣氧化銅（固體）討論分析：答案選A。碳與氧氣反應(yīng)，雖消耗了空氣的氧氣但卻生成了新的氣體二氧化碳，填充了所消耗的氧氣的空間，所以不選B；同理不選C。鎂既與空氣中的氧氣反應(yīng)又與氮?dú)夥磻?yīng)，無法測定氧氣的含量，故不選 D；而銅與氧氣要反應(yīng)的話，需要在加熱的條件下進(jìn)行，E 也不合適。3、試驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)對于反應(yīng)容器的要求：密封、透明、有刻度同學(xué)們沒有什么障礙，但如何讀取可燃物燃燒所消耗掉的氧氣的體積？這個問題使課堂一度陷入了沉寂，畢竟這是一個需要深入思考的問題。但是終于有了結(jié)果，有的同學(xué)

5、認(rèn)為，可以用容易讀取體積的物質(zhì)來填充被消耗掉的氧氣的體積，于是實(shí)驗(yàn)裝置的雛形就出現(xiàn)了?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)以它特有的魅力在探究性學(xué)習(xí)中占有一席之地，為學(xué)生形成探究性學(xué)習(xí)的方式，培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力提供了條件。所以，應(yīng)該提倡利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，形成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。反思：通過學(xué)生的親身探究、設(shè)計(jì)、動手操作實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的興趣，嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，同學(xué)間合作的互助精神，不但使學(xué)生獲得了知識，綜合能力也得到了提高，利用實(shí)驗(yàn)、多媒體教學(xué)，生動直觀，效果好。學(xué)生動手操作能力有待提高。測定空氣中氧氣的含量探究實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)河北司志書1化學(xué)反應(yīng)原理如圖 5-1 所示，利用磷燃燒消耗

6、空氣中的氧氣， 從而使容器內(nèi)形成負(fù)壓， 打開止水夾后，水進(jìn)入容器內(nèi)。 進(jìn)入容器中的水的體積， 可粗略地認(rèn)為是空氣中所含氧氣的體積。2實(shí)驗(yàn)儀器：集氣瓶、燃燒匙、燒杯、玻璃管、乳膠管、止水夾。實(shí)驗(yàn)藥品：紅磷、水。3探究方案： 在集氣瓶中放入少是水（用于溶解生成的五氧化二磷，同時可吸收燃燒產(chǎn)生的熱，有利于瓶內(nèi)降溫），做上記號，并將瓶內(nèi)剩余體積均分為五等分。用止水夾夾緊乳膠管，點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后，立即伸入集氣瓶中并把塞子塞緊。觀察到紅磷燃燒，產(chǎn)生濃厚的白煙。紅磷熄滅后， 冷卻至室溫，打開止不夾，觀察到水進(jìn)入集氣瓶內(nèi)，最終水面在五分之一記號處。4探究評價：該探究實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)原理上就存在錯誤。 我們都知道

7、， 反應(yīng)物濃度越小， 反應(yīng)的速率越慢。當(dāng)燃燒持續(xù)進(jìn)行時， 氧氣的濃度越來越小， 氧化的速率也越來越小。 一旦燃燒放出的熱量不足以維持可燃物在著火點(diǎn)以上溫度時，燃燒便停止了。這也是有些物質(zhì)不能在空氣中燃燒，但能在氧氣中燃燒的原因。因此，從這個意義上說，利用燃燒試圖除盡空氣中的氧氣，是很難達(dá)到目的的。 維持紅磷燃燒需要的氧氣濃度相對較高， 因此就更無法除盡氧氣了。 很多教師在做該實(shí)驗(yàn)時，都發(fā)現(xiàn)，最終水面停在十分之一處，而不是五分之一處，原因就在于此。該實(shí)驗(yàn)裝置可能發(fā)生氣體泄漏的地方太多， 加之燃燒的紅磷伸入集氣瓶中加熱了內(nèi)部的空氣，使之外逸，都會導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)的誤差。要做好該實(shí)驗(yàn)，關(guān)鍵要注意以下幾點(diǎn)：

8、用更易燃燒的可燃物代替紅磷（如白磷）； 裝置的氣密性要好； 燃燒匙伸入集氣瓶中的速度要快，并塞緊塞子。5 資源開發(fā)：通過剛才的分析，我們知道， 在做好本探究實(shí)驗(yàn)除用白磷代替紅磷外，就是盡可能防止或減少氣體泄漏的可能。我們可以利用以下裝置來進(jìn)行探究： 用凸透鏡將太陽光聚焦到白磷，使白磷燃燒。此法可以防止燃燒匙伸入集氣瓶時氣體的散逸。如圖 5-2 。 用水浴加熱的辦法使白磷燃燒，也可以防止燃燒匙伸入集氣瓶內(nèi)氣體的散逸。白磷的著火點(diǎn)僅 40，水溫稍高，足以使白磷著火燃燒。如圖 5-3 。做此實(shí)驗(yàn)時，盛白磷的廣口瓶不能直接放入沸水中， 也以免廣口瓶因驟熱而爆裂。 可先用溫水淋浴后， 再將熱水注入外面的

9、大燒杯中。用鐘罩代替集氣瓶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 如圖 5-4 所示。鐘罩下方敞口，氣體受熱膨脹時，水壓出一部分從產(chǎn)生減壓作用。用此法既減少了氣體泄漏的可能，準(zhǔn)確性比原實(shí)驗(yàn)方案高?？蓪?在一端封閉的粗玻璃管內(nèi)放一顆白磷，用膠塞塞住，并使從推入到玻璃管中部，記下位置。用酒精燈微微加熱白磷，使之燃燒，同樣可觀察到白磷燃燒，有大量白煙生成，膠塞被推向外側(cè)（右側(cè)）。待裝置冷卻，膠塞逐漸向內(nèi)側(cè)（左側(cè)）移動，根據(jù)膠塞停止時的位置，確定空氣中氧氣的體積。如圖5-5 。這種方法在不透氣的情況下進(jìn)行， 幾乎可以完全防止漏氣。 但要注意的是， 膠塞在干燥條件下很難塞入玻璃管內(nèi)， 可蘸少量水后向管內(nèi)推入； 推入時， 還須在膠塞

10、上插一根注射器針頭，以便排出氣體，待膠塞推到合適位置時，拔出針頭即可。做該實(shí)驗(yàn)時，玻璃管不宜太短，太短，加熱時膠塞會被推出管外。6創(chuàng)新思維： 利用緩慢氧氣測定氧氣的體積分?jǐn)?shù)如圖 5-6 所示，取長10cm，寬 1.5cm 的鋁箔，用細(xì)線系好。在其表面涂一層硝酸汞的藥液， 立即用濾紙將鋁箔擦干， 迅速放入粗玻璃管中， 懸于玻璃管上部，立即插入盛水的小燒杯中，塞上塞子，靜置觀察。 鋁跟空氣中的氧氣反應(yīng)放出的熱，使玻璃管壁變得溫?zé)幔?玻璃管內(nèi)水位慢慢上升，10min 左右，水位上升停止。進(jìn)入的水的體積約為玻璃管未浸入水中部分容積的1 5。進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時，應(yīng)當(dāng)注意：硝酸汞溶液的濃度要大。鋁箔表面涂硝酸汞

11、溶液后要立即用濾紙擦干后再放入試管中，否則， 鋁跟硝酸汞反應(yīng)置換出來的汞，在形成鋁汞齊的條件下，鋁會跟水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，使測定出的氧氣體積分?jǐn)?shù)偏低。 利用蠟燭燃燒測定氧氣的體積分?jǐn)?shù)蠟燭燃燒產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w，常溫下二氧化碳僅微溶于水，且溶解速度比較慢，因此一般不用蠟燭燃燒測定氧氣的體積分?jǐn)?shù)。但若能吸收二氧化碳， 此法也不失為一種簡便的方法。而且蠟燭易燃燒，取材方便，可鼓勵學(xué)生在家自己動手實(shí)驗(yàn)。如圖 5-7 所示，在水槽中盛適量的稀氫氧化鈉溶液，并滴入2 3 滴酚酞試液，在小木片上固定一只短蠟燭（普通蠟燭1cm，生日蠟燭2 3cm），用火柴點(diǎn)燃蠟燭。把集氣瓶倒扣在小木塊上方，并將瓶口水封。幾秒鐘后，

12、蠟燭火焰熄滅，水位上升。且進(jìn)入瓶中的液體變紅色。在水下用玻片蓋上集氣瓶，取出，量得集氣瓶中水的體積，約為集氣瓶容積的1 5。若學(xué)生在家做此實(shí)驗(yàn)，可用茶杯代替集氣瓶，用石灰水代替稀氫氧化鈉溶液（若無石灰水，用清水效果也很好）。該實(shí)驗(yàn)簡便、粗略，可多次重復(fù)，容易被學(xué)生接受。缺點(diǎn)是，在蓋上集氣瓶開始時，由于氣體膨脹，有氣泡從瓶口冒出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測得的值偏大。用加熱氧化法測空氣成分把長約 2cm的一束細(xì)銅絲裝進(jìn)一根長約5 6cm 的普通玻璃管中部，兩端用兩節(jié)橡皮管分別跟兩只注射器（其中一只注射器留出50mL空氣，另一只注射器不留空氣）連接起來，使之成為一個密閉系統(tǒng)（如圖5-8 ）。推動注射器活塞，空氣可

13、以通過裝銅絲的玻璃管在兩只注射器間來回傳送，不會泄漏。給裝有細(xì)銅絲的玻璃管加熱，待銅絲的溫度升高以后，緩緩地交替推動兩只注射器的活塞，使空氣在銅絲上來回流動。經(jīng)過56 次以后，空氣里的氧氣可以全部與銅結(jié)合。停止加熱，冷至室溫，讀出殘留的注射器里氣體的體積數(shù)。減少的體積即為50mL空氣中所含氧氣的體積。由此可以推算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。做該實(shí)驗(yàn)時，要注意注射器不宜太小，太小體積變化不大，現(xiàn)象不明顯。測定空氣中氧氣的含量實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)及反思教學(xué)目標(biāo) ：1、知識目標(biāo)：以測定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)裝置為探究點(diǎn)，探討如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來提高演示實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，指出原實(shí)驗(yàn)的裝置存在缺點(diǎn)，對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索設(shè)計(jì)。2、能力目標(biāo)

14、：通過自主的探究，交流討論，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。3、情感目標(biāo)：學(xué)生在探究過程中學(xué)到了技能，獲取知識，更重要是錘煉了學(xué)生的思維，使學(xué)生真正體驗(yàn)到探究的樂趣。教學(xué)重點(diǎn)：通過學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和實(shí)踐精神。教學(xué)難點(diǎn)：如何引導(dǎo)學(xué)生去挖掘?qū)嶒?yàn)的條件和結(jié)果之間存在的誤差，并分析，設(shè)計(jì)合理的裝置進(jìn)行改進(jìn)。教學(xué)過程：一、測定空氣中氧氣的含量1、【改進(jìn)實(shí)驗(yàn)并提出問題】魯教版九年級化學(xué)教科書上冊P61 活動天地，操作裝置進(jìn)行改進(jìn)，即在集氣瓶內(nèi)加少量水，并記上記號，用彈簧夾夾緊乳膠管，點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入瓶中塞緊塞子，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，待紅磷熄滅后并冷卻，打開彈簧夾，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及水

15、面變化情況。（裝置圖略）該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紅磷在集氣瓶內(nèi)燃燒有大量白煙生成，冷卻后觀察到水沿導(dǎo)管流入集氣瓶中，并不斷上升。同學(xué)們多次在實(shí)際教學(xué)中卻發(fā)現(xiàn)，除實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性存在很大的差異外，磷在空氣中燃燒時生成的白煙有污染，實(shí)驗(yàn)開始時有少量白煙從瓶口逸出，影響實(shí)驗(yàn)。為了提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性，減少產(chǎn)物污染，同學(xué)們思考一下，怎樣對實(shí)驗(yàn)再進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)呢？2、【討論探究】如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定空氣中氧氣的含量【教師】我想請?jiān)谧魑煌瑢W(xué)嘗試解決一個問題，設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)粗略地測定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)。3、【學(xué)生猜想、形成假設(shè)】（學(xué)生積極分組討論）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案【教師】 5 分鐘后，請各組組長發(fā)表自己的見解（4 人一組展開討論

16、，要求學(xué)生設(shè)計(jì)裝置可與課本上相似，但不能相同）4、【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】學(xué)生方案：取一個圓形玻璃水槽，把一支蠟燭固定在水槽中，再用一個玻璃杯罩上，杯邊緣放在水中，使蠟燭在密閉容器中燃燒，觀察蠟燭、水位有何變化?！窘處熢u價】我很欣賞這組同學(xué)的方案，他巧妙運(yùn)用物理知識，利用倒吸入杯內(nèi)的體積，明確表達(dá)出被消耗氧氣的體積，從而測出空氣的體積，很有創(chuàng)意?！窘處煛繉W(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束后相互討論，完成下列表格：實(shí)驗(yàn)次數(shù)燒杯（ ml）操作實(shí)驗(yàn)主要現(xiàn)象原因分析150 ml2400 ml【學(xué)生討論、交流】組長代表組內(nèi)匯報方案的實(shí)驗(yàn)情況：現(xiàn)象：兩次實(shí)驗(yàn)中都有大量白煙生成；不同點(diǎn)：50ml 的燒杯內(nèi)水位上升大于 1/5 ； 400ml

17、 的燒杯內(nèi)的水位上升小于1/5 ?！窘處熢O(shè)疑】為什么會出現(xiàn)這兩種截然不同的現(xiàn)象呢？【引導(dǎo)學(xué)生分析原因】 : 小燒杯由于直徑小，所罩區(qū)域正好是蠟燭火焰的最高區(qū)域，該區(qū)域的溫度高，空氣受熱膨脹較大；大燒杯直徑較大，所罩區(qū)域大，大區(qū)域內(nèi)的空氣受熱膨脹的平均值也?。贿@是產(chǎn)生兩種潛然不同的現(xiàn)象的原因所在?！窘處煛繌纳鲜鰧?shí)驗(yàn)可判斷方案不理想，有改進(jìn)方法嗎？【學(xué)生】紛紛議論，展示第二套方案。學(xué)生方案 : 用木炭燃燒測空氣中氧氣的含量按課本的裝置圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：（圖略）現(xiàn)象：（木炭燃燒結(jié)束后，打開水止夾）有少量水進(jìn)入瓶中。分析：教師與學(xué)生在課堂上經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)測定，發(fā)現(xiàn)進(jìn)水量的多少與空氣受熱膨脹程度（即木炭的大小、燃

18、燒的程度、木炭深入瓶中的速度有關(guān)）。（備注：有些參考書和往年的統(tǒng)考題中出現(xiàn)類似的題型，答案卻是“沒有水進(jìn)入瓶中” ，原因是 “體系內(nèi)消耗的氧氣體積等于生成二氧化碳的體積；要想成功，只要在瓶中加入濃堿（氫氧化鈉即可），我認(rèn)為這樣的答案是不合理的。）【教師】經(jīng)分析后方案也不理想，同學(xué)們認(rèn)真思考一下，還有其它方案嗎？怎樣改進(jìn)呢 ?【學(xué)生】討論、交流，模仿教材上的裝置，在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行入思考，設(shè)計(jì)如下方案：學(xué)生方案：對教材中的裝置進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紅磷在密閉容器中燃燒，產(chǎn)生大量白煙，水位基本上升到1/5 處。經(jīng)過教師和學(xué)生多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：雖然現(xiàn)象比較明顯，紅磷在燃燒過程中會使局部缺氧而熄滅，未將容器內(nèi)的氧氣耗完，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。5、【實(shí)驗(yàn)評價】針對上述三個方案存在的問題，在教師的引導(dǎo)下師生交流、探討，最后達(dá)成共識：在燃燒絲一端上部再制兩個小燃燒匙（并用三根 1cm長電阻絲分別連接放在紅磷