《空氣中氧氣含量的測定》實驗探究分析.doc

此文檔收集于網(wǎng)絡，僅供學習與交流，如有侵權(quán)請聯(lián)系網(wǎng)站刪除空氣中氧氣含量的測定實驗探究分析空氣對于所有學生來說都是一種非常熟悉的物質(zhì)，學生對于空氣的組成已有一定的認識，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。雖然在小學自然課中學生學習過空氣主要有氮氣和氧氣組成的結(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識?；谝陨险J識，將空氣的成分一節(jié) “空氣中氧氣含量的測定”設計成探究實驗。該實驗教育功能主要體現(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)初步認識純凈物、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“測定空氣里氧氣含量”實驗的操作、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，清晰地表達自己的觀點，逐步形成良好的學習習慣和科學的學習方法；【教學模式】調(diào)查與討論，自主學習，實驗探究等教學思路設計1、對于實驗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)的沸點不同，升高溫度使各物質(zhì)依次分離出來，將所的氧氣恢復為原來的溫度和壓強，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的常見可燃物有許多，實驗選擇哪一種呢？對此我沒有直接給出答案，而是首先給出木炭、硫磺、紅磷、鎂、銅分別與氧氣反應的化學反應表達式，并且標出生成物的狀態(tài)，讓學生通過自己的思考、小組內(nèi)的討論去獲得結(jié)論。學生們在對實驗原理理解的基礎(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)：能與氧氣反應但不能產(chǎn)生氣體。實驗藥品的選擇：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+氮氣氮化鎂（固體）銅+氧氣氧化銅（固體）討論分析：答案選A。碳與氧氣反應，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又與氮氣反應，無法測定氧氣的含量，故不選D；而銅與氧氣要反應的話，需要在加熱的條件下進行，E也不合適。3、試驗裝置的設計對于反應容器的要求：密封、透明、有刻度同學們沒有什么障礙，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，有的同學認為，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，于是實驗裝置的雛形就出現(xiàn)了?；瘜W實驗以它特有的魅力在探究性學習中占有一席之地，為學生形成探究性學習的方式，培養(yǎng)學生解決問題的能力提供了條件。所以，應該提倡利用化學實驗進行探究性學習，使學生掌握科學的學習方法，形成終身學習的習慣。反思：通過學生的親身探究、設計、動手操作實驗，培養(yǎng)了學生科學探究的興趣，嚴肅認真的科學態(tài)度，同學間合作的互助精神，不但使學生獲得了知識，綜合能力也得到了提高，利用實驗、多媒體教學，生動直觀，效果好。學生動手操作能力有待提高。測定空氣中氧氣的含量探究實驗設計河北司志書1化學反應原理如圖5-1所示，利用磷燃燒消耗空氣中的氧氣，從而使容器內(nèi)形成負壓，打開止水夾后，水進入容器內(nèi)。進入容器中的水的體積，可粗略地認為是空氣中所含氧氣的體積。2實驗儀器：集氣瓶、燃燒匙、燒杯、玻璃管、乳膠管、止水夾。實驗藥品：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：該探究實驗在反應原理上就存在錯誤。我們都知道，反應物濃度越小，反應的速率越慢。當燃燒持續(xù)進行時，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。很多教師在做該實驗時，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。該實驗裝置可能發(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，都會導致實驗的誤差。要做好該實驗，關(guān)鍵要注意以下幾點： 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，在做好本探究實驗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。白磷的著火點僅40，水溫稍高，足以使白磷著火燃燒。如圖5-3。做此實驗時，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?？上扔脺厮茉『螅賹崴⑷胪饷娴拇鬅?。用鐘罩代替集氣瓶進行實驗，如圖5-4所示。鐘罩下方敞口，氣體受熱膨脹時，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，準確性比原實驗方案高。 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，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。做該實驗時，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數(shù)如圖5-6所示，取長10cm，寬1.5cm的鋁箔，用細線系好。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放出的熱，使玻璃管壁變得溫熱； 玻璃管內(nèi)水位慢慢上升，10min左右，水位上升停止。進入的水的體積約為玻璃管未浸入水中部分容積的15。進行該實驗時，應當注意：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，鋁跟硝酸汞反應置換出來的汞，在形成鋁汞齊的條件下，鋁會跟水反應產(chǎn)生氫氣，使測定出的氧氣體積分數(shù)偏低。 利用蠟燭燃燒測定氧氣的體積分數(shù)蠟燭燃燒產(chǎn)生二氧化碳氣體，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數(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，可鼓勵學生在家自己動手實驗。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。若學生在家做此實驗，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）。該實驗簡便、粗略，可多次重復，容易被學生接受。缺點是，在蓋上集氣瓶開始時，由于氣體膨脹，有氣泡從瓶口冒出，導致實驗測得的值偏大。用加熱氧化法測空氣成分把長約2cm的一束細銅絲裝進一根長約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，使之成為一個密閉系統(tǒng)（如圖5-8）。推動注射器活塞，空氣可以通過裝銅絲的玻璃管在兩只注射器間來回傳送，不會泄漏。給裝有細銅絲的玻璃管加熱，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數(shù)。做該實驗時，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驗教學設計及反思 教學目標：1、知識目標：以測定空氣中氧氣含量的實驗裝置為探究點，探討如何設計實驗來提高演示實驗質(zhì)量，指出原實驗的裝置存在缺點，對實驗進行探索設計。2、能力目標：通過自主的探究，交流討論，培養(yǎng)學生的實驗設計能力。3、情感目標：學生在探究過程中學到了技能，獲取知識，更重要是錘煉了學生的思維，使學生真正體驗到探究的樂趣。教學重點：通過學生自己設計實驗方案，培養(yǎng)學生的科學探究能力和實踐精神。教學難點：如何引導學生去挖掘?qū)嶒灥臈l件和結(jié)果之間存在的誤差，并分析，設計合理的裝置進行改進。教學過程：一、測定空氣中氧氣的含量1、【改進實驗并提出問題】魯教版九年級化學教科書上冊P61活動天地，操作裝置進行改進，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，點燃燃燒匙內(nèi)的紅磷，立即伸入瓶中塞緊塞子，觀察實驗現(xiàn)象，待紅磷熄滅后并冷卻，打開彈簧夾，觀察實驗現(xiàn)象及水面變化情況。（裝置圖略）該實驗現(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管流入集氣瓶中，并不斷上升。同學們多次在實際教學中卻發(fā)現(xiàn)，除實驗結(jié)果的準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，實驗開始時有少量白煙從瓶口逸出，影響實驗。為了提高實驗結(jié)果的準確性，減少產(chǎn)物污染，同學們思考一下，怎樣對實驗再進行改進設計呢？2、【討論探究】如何設計實驗測定空氣中氧氣的含量【教師】 我想請在座各位同學嘗試解決一個問題，設計一個實驗粗略地測定空氣中氧氣體積分數(shù)。3、【學生猜想、形成假設】 （學生積極分組討論）設計實驗方案【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，要求學生設計裝置可與課本上相似，但不能相同）4、【設計實驗】學生方案：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。【教師評價】我很欣賞這組同學的方案，他巧妙運用物理知識，利用倒吸入杯內(nèi)的體積，明確表達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生實驗結(jié)束后相互討論，完成下列表格：實驗次數(shù)燒杯（ml）操作實驗主要現(xiàn)象原因分析150 ml2400 ml【學生討論、交流】 組長代表組內(nèi)匯報方案的實驗情況：現(xiàn)象：兩次實驗中都有大量白煙生成；不同點：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疑】為什么會出現(xiàn)這兩種截然不同的現(xiàn)象呢？【引導學生分析原因】: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??；這是產(chǎn)生兩種潛然不同的現(xiàn)象的原因所在。【教師】從上述實驗可判斷方案不理想，有改進方法嗎？【學生】紛紛議論，展示第二套方案。學生方案:用木炭燃燒測空氣中氧氣的含量按課本的裝置圖進行實驗：（圖略）現(xiàn)象：（木炭燃燒結(jié)束后，打開水止夾）有少量水進入瓶中。分析：教師與學生在課堂上經(jīng)多次實驗測定，發(fā)現(xiàn)進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，同學們認真思考一下，還有其它方案嗎？怎樣改進呢?【學生】討論、交流，模仿教材上的裝置，在教師的引導下進行入思考，設計如下方案：學生方案：對教材中的裝置進行改進設計實驗現(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)過教師和學生多次實驗發(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，影響實驗的準確性。5、【實驗評價】針對上述三個方案存在的問題，在教師的引導下師生交流、探討，最后達成共識：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位置處），保證容器內(nèi)的氧氣完全耗完。通過以上實驗方案的設計存在以下優(yōu)點：由于反應容器小且不與外界發(fā)生氣體交換，易將反應容器內(nèi)的氧氣耗完，使實驗結(jié)果更加準確；反應在密閉容器中進行減少空氣污染；加然反應時間短，現(xiàn)象直觀明顯，易于觀察。（說明：利用三根1cm長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比紅磷低）二、課后反思本節(jié)課學生在解決“測定空氣中氧氣的含量”問題中，采用群體探究形式進行大膽的探索，選擇恰當?shù)暮难跷锖驮O計合理的實驗裝置的探究，不僅在探究過程中學到了技能，獲取知識，更重要是錘煉了學生的思維，使學生真正體驗到探究的樂趣。空氣中氧氣含量測定實驗延伸 九年義務教育課程標準實驗教科書,九年級化學上冊第二單元,課題1,空氣中氧氣含量的測定。通過挖掘?qū)嶒瀮?nèi)涵 ,拓展知識 。達到完成一個實驗教學,理清一批問題?，F(xiàn)將該實驗教學延伸總結(jié)如下: 一、實驗準備上應更充分 1、放入燃燒匙內(nèi)的紅磷需說明是足量的,讓其燃燒時更多的消耗廣口瓶內(nèi)的O2,使測量更準確。 2、在集氣瓶內(nèi)加少量的水,做上記號,并在水面以上部分分出五等份來,以便更準確的觀察實驗結(jié)束后,水上升約為1/5處。 3、點燃紅磷時應用酒精燈,有的紅磷潮濕后火柴難于點燃,用酒精燈則容易點燃。 二、實驗結(jié)論延伸