姜小爭

測定帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度的實驗改進

姜小爭

（南通市第一初級中學(xué) 江蘇 南通 226000）

帶火星木條復(fù)燃的瞬間容器內(nèi)溫度驟升，運用數(shù)字化探究儀器氧氣濃度探頭、溫度探頭于實驗中，溫度探頭會采集到溫度突變的數(shù)據(jù)，此刻氧氣濃度探頭采集到的數(shù)據(jù)即為帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度。

數(shù)字化實驗;操作簡單;數(shù)據(jù)準(zhǔn)確;可行性強;實驗探究

化學(xué)實驗教學(xué)是實施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式?；瘜W(xué)實驗特有的生動性，會使初中學(xué)生很感興趣，但只是層次較低的感知興趣和操作興趣，況且初中的學(xué)生實驗并不多，再加上越來越多的書面習(xí)題，他們逐漸感到枯燥乏味，也漸漸喪失了學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。因此我嘗試從習(xí)題中找尋實驗點，優(yōu)化設(shè)計實驗方案并改進，使實驗教學(xué)與探究學(xué)習(xí)相結(jié)合，充分發(fā)揮實驗的探究功能，讓學(xué)生獲得知識，學(xué)到技能，受到科學(xué)方法、科學(xué)思維的訓(xùn)練，養(yǎng)成科學(xué)精神。

一、實驗改進的設(shè)計意圖

我改進的實驗“測定帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度”就來自學(xué)生作業(yè)中的一道習(xí)題：某興趣小組同學(xué)將帶火星的木條伸入到收集滿氧氣的集氣瓶內(nèi)，木條復(fù)燃，拿出木條，蓋好集氣瓶。過一會兒，再用帶火星的木條伸入瓶內(nèi)，木條仍然復(fù)燃。重復(fù)以上操作，直到木條不再復(fù)燃。據(jù)此現(xiàn)象 你能得到的結(jié)論是 ______________。

（答案：帶火星的木條復(fù)燃與氧氣濃度有關(guān)）?！爸挥屑冄醪拍苁箮Щ鹦堑哪緱l復(fù)燃，木條不復(fù)燃就沒有氧氣”，學(xué)生初學(xué)化學(xué)往往會這樣想，為幫助他們走出誤區(qū)，我想通過實驗測出帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度，讓學(xué)生體驗到只要氧氣達到一定濃度，帶火星的木條就會復(fù)燃的事實。

二、實驗改進的過程

1.按照以往的實驗方法進行實驗（“中值法”）

第一組實驗：取5只集氣瓶，編號為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總?cè)莘e10%、20%、30%、40%、50%的水，用排水法收集氧氣。將帶火星的木條依次插入①～⑤號瓶中，記錄實驗現(xiàn)象，在第一組實驗的基礎(chǔ)上又做了第二組，二組實驗的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象見下表。

表1 實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)象

再根據(jù)：集氣瓶中氧氣的體積分數(shù)=收集的氧氣占容積的體積分數(shù)+瓶中空氣占容積的體積分數(shù)×21%，當(dāng)收集的氧氣占容積的體積分數(shù)為35%時，可使帶火星的木條復(fù)燃，即可求得集氣瓶中氧氣體積分數(shù)約為49%。

盡管上述方法可以粗略測出帶火星木條復(fù)燃時氧氣濃度，但步驟過于繁瑣，操作不便，于是我將數(shù)字化實驗探測儀器應(yīng)用于改進后的實驗，步驟簡單，操作方便，現(xiàn)象直觀，獲得的數(shù)據(jù)清晰、準(zhǔn)確。

2.改進后的實驗

圖1 實驗裝置

利用這套裝置，先將氧氣濃度探頭、溫度探頭和帶火星的木條放入瓶中，再往瓶中通氧氣，氧氣探頭采集數(shù)據(jù)反映出氧氣濃度的改變，帶火星木條復(fù)燃時的瞬間就會放出大量的熱，此時溫度探頭就會采集到溫度驟升的數(shù)據(jù)，與之對應(yīng)的同一時刻氧氣濃度探頭采集到的數(shù)據(jù)即為帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度。

圖2 實驗曲線

3.實驗操作時的注意點

為使通入的氧氣盡量和瓶中氣體混合均勻，需要控制進入瓶中的氧氣流量不能太快，也可先通入濃硫酸，不僅可以使氣泡均勻地泛入到瓶中，還干燥了進入的氧氣，便于木條復(fù)燃；帶火星木條需和氧氣濃度探頭放在同一水平位上，便于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確；觀察到帶火星木條復(fù)燃后及時熄滅火焰，避免對瓶內(nèi)儀器的損壞。

三、實驗改進后的反思

1.該實驗獲取氧氣濃度的方法一改過去使用的“中值法”，借助數(shù)字化實驗，簡化了操作過程，數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，可行性較強。

2.借助溫度探頭同時采集數(shù)據(jù)，可以避免僅憑肉眼觀察木條復(fù)燃的時間點與氧氣濃度采集的數(shù)據(jù)不同步，致使數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差。

3.瓶中木條一旦復(fù)燃，由于氧氣濃度較大，就會越燒越旺，不及時處理，就會出現(xiàn)燒毀探頭的后果，所以要及時做好“消防”準(zhǔn)備，即在氧氣濃度探頭周圍裹一層濕紗布，即便碰到少許火焰，由于熱量被吸收，也不會引燃。

4.通過多次實驗測定，發(fā)現(xiàn)木條的粗細不一、干濕不同等都會影響所測數(shù)據(jù)，于是可引導(dǎo)學(xué)生自己動手測出不同木條復(fù)燃的氧氣濃度，甚至測出帶火星不同材質(zhì)復(fù)燃的氧氣濃度，如線香、竹簽等，充分調(diào)動了學(xué)生的積極性，從而對化學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生極大的興趣。

5.由于實驗容器中的活動較多，通氧氣、出空氣、伸探頭（2枚）、點木條，這就要求容器的容積要大一些，實驗室中沒有大容積、大口徑的集氣瓶，于是就用生活中的玻璃瓶代替，用熱熔的方法在瓶蓋上開口，插入探頭和導(dǎo)管，雖然簡陋，但在整個處理過程中，也大大提高了自己的動手能力，享受了創(chuàng)作的樂趣。

通過實驗改進將化學(xué)基礎(chǔ)實驗進行延伸，從而探究更深層的知識，在探究過程中引導(dǎo)學(xué)生們常用實驗的研究技巧，在提高實驗課程教學(xué)效果的同時，也提高了學(xué)生實驗探究的能力和學(xué)習(xí)素質(zhì)。

1008-0546（2017）10-0092-02

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.032