《空氣中氧氣含量的測(cè)定》實(shí)驗(yàn)探究分析.doc

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“空氣中氧氣含量的測(cè)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(shí)與技能來看(1)了解空氣的主要成分；(2)初步認(rèn)識(shí)純凈物、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(duì)“測(cè)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(jià)值觀(1)在探究過程中，能主動(dòng)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(duì)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(cè)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(cè)量剩余氣體的體積，這也是測(cè)量或和氣體中某種氣體體積含量的常用方法。2、對(duì)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(duì)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?cè)趯?duì)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(cè)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(duì)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(gè)問題使課堂一度陷入了沉寂，畢竟這是一個(gè)需要深入思考的問題。但是終于有了結(jié)果，有的同學(xué)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(dòng)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(shí)，綜合能力也得到了提高，利用實(shí)驗(yàn)、多媒體教學(xué)，生動(dòng)直觀，效果好。學(xué)生動(dòng)手操作能力有待提高。測(cè)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(shí)可吸收燃燒產(chǎn)生的熱，有利于瓶?jī)?nèi)降溫），做上記號(hào)，并將瓶?jī)?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?jī)?nèi)，最終水面在五分之一記號(hào)處。4探究評(píng)價(jià)：該探究實(shí)驗(yàn)在反應(yīng)原理上就存在錯(cuò)誤。我們都知道，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(shí)，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(shí)，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(gè)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(duì)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(shí)，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(huì)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)： 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(shí)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?jī)?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(shí)，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?？上扔脺厮茉『螅賹崴⑷胪饷娴拇鬅?。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(shí)，可將水壓出一部分從產(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。 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(dòng)，根據(jù)膠塞停止時(shí)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(shí)，還須在膠塞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(shí)，拔出針頭即可。做該實(shí)驗(yàn)時(shí)，玻璃管不宜太短，太短，加熱時(shí)膠塞會(huì)被推出管外。6創(chuàng)新思維： 利用緩慢氧氣測(cè)定氧氣的體積分?jǐn)?shù)如圖5-6所示，取長(zhǎng)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15。進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意：硝酸汞溶液的濃度要大。鋁箔表面涂硝酸汞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(huì)跟水反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，使測(cè)定出的氧氣體積分?jǐn)?shù)偏低。 利用蠟燭燃燒測(cè)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(cè)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(jiǎn)便的方法。而且蠟燭易燃燒，取材方便，可鼓勵(lì)學(xué)生在家自己動(dòng)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23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23cm），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，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15。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(jiǎn)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(shí)，由于氣體膨脹，有氣泡從瓶口冒出，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)測(cè)得的值偏大。用加熱氧化法測(cè)空氣成分把長(zhǎng)約2cm的一束細(xì)銅絲裝進(jìn)一根長(zhǎng)約56cm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(gè)密閉系統(tǒng)（如圖5-8）。推動(dòng)注射器活塞，空氣可以通過裝銅絲的玻璃管在兩只注射器間來回傳送，不會(huì)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(dòng)兩只注射器的活塞，使空氣在銅絲上來回流動(dòng)。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(shí)，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(cè)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(shí)目標(biāo)：以測(cè)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(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探索設(shè)計(jì)。2、能力目標(biāo)：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(shí)，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(cè)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(jí)化學(xué)教科書上冊(cè)P61活動(dòng)天地，操作裝置進(jìn)行改進(jìn)，即在集氣瓶?jī)?nèi)加少量水，并記上記號(hào)，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)象及水面變化情況。（裝置圖略）該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：紅磷在集氣瓶?jī)?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(shí)生成的白煙有污染，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)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(duì)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(cè)定空氣中氧氣的含量【教師】 我想請(qǐng)?jiān)谧魑煌瑢W(xué)嘗試解決一個(gè)問題，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)粗略地測(cè)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(qǐng)各組組長(zhǎng)發(fā)表自己的見解（4人一組展開討論，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(gè)圓形玻璃水槽，把一支蠟燭固定在水槽中，再用一個(gè)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。【教師評(píng)價(jià)】我很欣賞這組同學(xué)的方案，他巧妙運(yùn)用物理知識(shí)，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(cè)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(zhǎng)代表組內(nèi)匯報(bào)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的燒杯內(nèi)的水位上升小于1/5?！窘處熢O(shè)疑】為什么會(huì)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小；這是產(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(cè)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(cè)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(duì)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(huì)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(píng)價(jià)】針對(duì)上述三個(gè)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(shí)：在燃燒絲一端上部再制兩個(gè)小燃燒匙（并用三根1cm長(zhǎng)電阻絲分別連接放在紅磷位置處），保證容器內(nèi)的氧氣完全耗完。通過以上實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)存在以下優(yōu)點(diǎn)：由于反應(yīng)容器小且不與外界發(fā)生氣體交換，易將反應(yīng)容器內(nèi)的氧氣耗完，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加準(zhǔn)確；反應(yīng)在密閉容器中進(jìn)行減少空氣污染；加然反應(yīng)時(shí)間短，現(xiàn)象直觀明顯，易于觀察。（說明：利用三根1cm長(zhǎng)電阻絲分別連接是為了通電發(fā)熱，白磷代替紅磷是白磷的著火點(diǎn)比紅磷低）二、課后反思本節(jié)課學(xué)生在解決“測(cè)定空氣中氧氣的含量”問題中，采用群體探究形式進(jìn)行大膽的探索，選擇恰當(dāng)?shù)暮难跷锖驮O(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)裝置的探究，不僅在探究過程中學(xué)到了技能，獲取知識(shí)，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?？諝庵醒鯕夂繙y(cè)定實(shí)驗(yàn)延伸 九年義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書,九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)第二單元,課題1,空氣中氧氣含量的測(cè)定。通過挖掘?qū)嶒?yàn)內(nèi)涵 ,拓展知識(shí) 。達(dá)到完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)教學(xué),理清一批問題。現(xiàn)將該實(shí)驗(yàn)教學(xué)延伸總結(jié)如下: 一、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備上應(yīng)更充分 1、放入燃燒匙內(nèi)的紅磷需說明是足量的,讓其燃燒時(shí)更多的消耗廣口瓶?jī)?nèi)的O2,使測(cè)量更準(zhǔn)確。 2、在集氣瓶?jī)?nèi)加少量的水,做上記號(hào),并在水面以上部分分出五等份來,以便更準(zhǔn)確的觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,水上升約為1/5處。 3、點(diǎn)燃紅磷時(shí)應(yīng)用酒精燈,有的紅磷潮濕后火柴難于點(diǎn)燃,用酒精燈則容易點(diǎn)燃。 二、實(shí)驗(yàn)結(jié)論延伸