空气中氧气含量的测定实验中若干问题的探究

随着新课程课堂教学改革的不断深入，投身在教学一线的化学教师们越来越注重课堂教学的有效性，越来越注意在让学生掌握化学知识的同时培养学生的创新精神和实验操作能力。

近几年来，本人在初中化学课堂教学实践中沿着这一方向作了一些探索，现以仁爱版九年级化学上册专题2《利用大气资源》单元1《多组分的空气》这一节中“空气中氧气含量的测定实验（演示实验）”为例进行研究。

一、由一次“失败”的实验引出的讨论

在一次上课时，由于本节课的内容较少，我在做完“空气中氧气含量的测定”的演示实验、讲解完相关内容之后，又找了一个同学上来将实验重做一次，却发现集气瓶中水位上升的体积远远小于集气瓶内空气体积的1/5。我抓住这个机会，让同学们积极思考，分析实验“失败”的原因。

二、研究过程

1.原因分析

（1）同学们经过思考讨论之后，分析出了如下原因：

①红磷的量不足，使得集气瓶内的氧气没有消耗完，气体减少的体积小于1/5。

②装置气密性不好（如橡皮塞没有塞紧等），导致外界的氧气进入了集气瓶内。

③测量体积时温度没有恢复到原来的温度。由于红磷燃烧要放出热量，使集气瓶内的气体温度高于室温，剩余气体处于膨胀状态。

④玻璃管内残留有一部分水没有进入集气瓶中。

（2）在讨论过程中，有的同学还分析出了下列原因（虽然可能性不大，但我还是予以了肯定）：

①烧杯内的水太少，上升不到所需的高度。

②红磷燃烧产生的白烟没有完全消散，也占了一定的体积。

③集气瓶的刻度不准（我们做实验时是用几根橡皮筋将集气瓶内的空气分成几等份的）。

④燃烧匙伸得太长（水面上升到一定的高度后就将红磷淹没了，从而不能继续燃烧）。

⑤气压偏低（不能将水压上足够的高度）。

⑥读数时仰视读数（这个同学对量筒的使用印象特别深）。

2.知识延伸

在分析完原因后，我又提出了以下几个问题（这些问题我在后面的学习过程中给他们一一作了解答），作为一种激趣的手段：

（1）燃烧的药品红磷能否用木炭、硫磺、蜡烛、铁丝、镁带等代替？

①木炭、硫磺、蜡烛在燃烧时尽管消耗了氧气，但同时会生成新的气体，如二氧化碳、二氧化硫等，补充了减少的部分。

②铁丝虽然在氧气中能够燃烧，在空气中却不能燃烧。

③镁带虽然与氧气反应生成氧化镁固体，但它同时也会和空气中的氮气反应生成氮化镁固体而使气体减少的体积偏多。

（2）要除去密闭容器内空气中的氧气，得到较纯净的氮气，最好是用燃烧何种物质的方法？

……当然是燃烧红磷了。

（3）家用电灯泡内的玻璃柱上的一点暗红色物体是什么？

为了防止灯泡内的钨丝被氧气氧化，常常要把灯泡内的氧气除尽，在灯泡内的玻璃柱上涂一点红磷可以将残留在灯泡内的氧气反应掉，以延长灯泡的寿命。

3.提出假设

最后，我又提出了以下几点假设，鼓励学生利用课外时间以分组讨论、阅读课外数据、上网查阅等多种方式继续进行研究。

（1）课本上的实验方法是不是唯一的方法？可不可以用其它的方法来研究空气的组成？

事实上，有很多资料上都提到这样一种方法（示意图如下）：

（2）集气瓶内剩余的气体是什么？你能猜测它具有哪些性质？如何验证你的猜测？

三、小结

在这个研究性学习活动中，同学们所得出的结论也许不太准确，但这并不重要，重要的是他们在探索过程中初步掌握了科学研究的一般方法，为把他们引入化学的殿堂营造了一个良好的开端。