除去密闭装置中O2的实验探究课堂实录

1教学设计目的

基于9年级学生已经接触化学一段时间了，积累了相应的化学知识，如何进一步强化学生对化学的学习兴趣和学习化学的自信心是教学中亟需解决的问题。笔者借助DIS实验，利用高灵敏度的O2浓度传感器，设计比较除去密闭装置中O2的最佳药品实验探究课，让每1位学生都能主动体验探究过程，在做科学的同时体会知识的形成和发展过程。现阶段9年级学生对于浓度对化学反应的影响大致停留在C、S等可燃物在空气中燃烧的剧烈程度不同以及Mg、Zn等金属与不同浓度的酸反应的剧烈程度不同上，往往疏忽了铁在空气中不能燃烧却能在氧气中燃烧背后隐藏的实质：反应物浓度还会影响反应能否进行。初中化学涉及的化学计算会使学生潜移默化的产生：化学反应一旦发生至少有一种反应物会消耗完的思维定势。通过该实验探究让学生从全新的角度来认识一些化学原理的实质。

这节课重在发展学生实验探究能力中的部分要素，如通过小组讨论，设计简单实验方案；具备控制实验条件的意识；进行实验的能力；能在小组合作的基础上对实验结果进行分析，得出正确的结论；能对探究结果进行评价。

2教学过程

2.1活动一：小组交流课前作业

设计意图：进行有效先学，通过小组互相合作，让学生互学。

课前作业内容：

（1）P、C、S、H2、CH4、C2H5OH、Mg、Fe燃烧的化学方程式；Al、Cu和O2反应的化学方程式。

（2）若选择上述的物质用于除去密闭装置中的O2，你觉得较好，理由是：。

现有300 mL空气，若用你选择的物质，该物质需要 g。（每22.4 L O2的质量是32 g）

（3）若要比较除氧效果，请设计实验装置。

活动过程：检查各小组作业交流情况，请1个小组学生汇报，其余小组补充。在此过程中发现了3个问题。

（1）发现各小组基本选择的是红磷和铜粉，理由是C、S、H2、CH4、C2H5OH燃烧后会出现新的气体杂质；而Mg会c氮气发生反应，铁丝无法在空气中燃烧，铝表面有一层致密的氧化膜会阻碍反应。这里学生产生了思维定势，受平时思考方式的影响，忽略了此时只是要除去O2，而不要求不带入新的杂质。

（2）许多学生计算时直接把300 mL空气当成O2来计算。

（3）因为学生初次接触O2浓度探测仪，许多学生都注意到实验装置要密封，但是密封后却无法放入O2探测仪，导致设计失败。由于时间问题，笔者出示了自己的设计。

2.2活动二：演示白磷燃烧除O2效果，分组实验探究酒精燃烧除O2效果。

设计意图：引发认知冲突，对学过的知识进行二次建构，训练解决问题的能力。

活动过程：（1）演示白磷燃烧除O2效果。

实验装置如图1（a）所示。在250 mL平底烧瓶底部放置少量食盐，取少量白磷置于食盐上，瓶口插有带O2浓度探测仪的特殊连接装置，容器总容积将近300 mL。

学生看到屏幕上显示的O2浓度直线下降，如图1（b）所示，实测O2浓度为3.7%。

（2）分组实验探究酒精燃烧除O2效果。

实验装置如图2（a）所示。实测O2浓度为12%，实验效果图如图2（b）所示。

小组讨论：酒精燃烧除O2实验为什么O2浓度会有那么大的反弹？因为酒精燃烧产生的CO2和H2O由于温度的问题汇集在装置上方导致O2浓度在燃烧结束后又反弹，随着温度降低水蒸气冷凝和气体对流而趋于均衡。

学生小结：白磷和酒精燃烧不能完全除去O2。

2.3活动三：加热铝粉、铁粉、铜粉除O2效果分组对比实验

设计意图：让学生更多的体验探究过程，在做科学的过程中培养学生的学习意识和能力。

活动过程：200多年前，拉瓦锡为测定空气的组成在密闭的装置中加热汞12天，那么今天我们选择比汞活泼的铝粉、铁粉、铜粉来研究一下它们除O2的效果。

加热铜粉，铜粉表面变黑，用时460 s；加热铁粉，铁粉中心点暗黑，暗蓝色，最外圈少量呈暗红色粉末，用时880 s；加热铝粉，铝粉表面无明显变化，用时900 s。

学生交流小结：加热铝粉除O2速率慢是因为铝粉表面形成致密的氧化膜阻碍了反应的进行。

加热铜粉除O2的效率要比加热铁粉好，生成了黑色的CuO。加热

铁粉除O2虽然耗时较铜粉多，但也达到了加热铜粉除O2的效果。

3教学反思

这是我校第1次进行化学DIS实验课，

感到欣慰的是，本课基本达到了笔者的设计目的，探究始于学生已有知识，使全体学生都能积极主动参与探究过程并收获自己的发现。

感到遗憾的是，本课在学生自己设计实验的环节上出现了严重失误，基本没有让学生设计讨论。主要原因在于学生不熟悉传感器连接和使用方法。针对这个问题，在今后的实验教学中，要提前在相关课题中介绍并呈现如二氧化碳、温度、pH传感器的功能和使用方法，以利于学生在探究实验时进行实验设计。

通过这节课，笔者体会到数字化传感器的巨大优势：它可以将肉眼无法发现的事实以数字化形式呈现出来，使实验结果更加精确。但是它无法替代传统实验在学生化学学习初段所起的作用。让学生通过对实验现象的观察，进行推理和反思，体会到知识的产生和形成过程，继而培养相应的科学素养。在学生刚接触化学的初级阶段，还是应该多发挥传统实验的作用，待学生具备一定化学基础后，结合具体的情况开展DIS实验教学，用于提升学生对化学的认知和学习兴趣。