“空气中氧气含测定”的案例分析.doc

江苏省级实验课题 实验教学案例的开发与研究 实验探究课案例 “空气中氧气含测定”的案例分析金坛市第五中学 汪平新的课程标准（化学）中对构建学生学科的情感体系提出了要求，对开展探究性教学、关注自然与社会，关注人与自然的和谐发展、关注人文精神提出了要求。窥视近几年的中考试题，创新和综合类的具有“化学味”的化学实验题将被受关注，成为了命题的新亮点。以“探究空气中氧气的体积分数”为知识背景开展多维探究的化学实验题就是其中的一类试题。如：例1某研究性学习小组设计了如下图所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是底面积为50cm2、高20 cm的圆筒状玻璃容器(带密封盖)，上面标有以cm为单位的刻度，B是带刻度的敞口玻璃管(其他辅助装置略)。他们的操作过程如下：a检查装置的气密性；b加入水并调整B的高度，使A中的液面至刻度15 cm处；c将过量的铜粉平铺在惰性电热板上，盖紧密封盖；d通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，调整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，记录液面刻度。(注：A容器内固态物质所占的体积忽略不计)(1)在操作a中检查装置气密性的方法是 。(2)在上述实验中，下列物质不能代替铜粉的是 (填字母)。 A红磷 B木炭 C铁粉(3)在操作d结束时，装置A中液面的刻度约为 cm(填整数)。如果在操作d结束时，装置A中液面刻度在11cm处，则实验结果比理论值 (填“偏大”或“偏小”)。(4)该小组中有同学提出，用木炭代替铜粉也能测定空气中氧气的体积分数，只要将水换成一种溶液，则该溶液是 ，其原因是(用文字表达式表示) 。分析：本题以“探究空气中氧气的含量”为知识背景，要求学生能把自己所学的化学知识进行迁移，重新选择实验装置和实验药品。本题测定空气中氧气含量的实验原理是通过加热铜粉消耗A容器中的氧气，使A中的气压降低，从而通过计算倒吸水的体积来确定空气中氧气的体积分数。问题(1)考查的是学生能否灵活运用“气压差原理”对装置气密性进行检查，很多考生在解答该题时由于没有掌握原理，所以无从下手或表达不清；问题(2)通过红磷、木炭和铁粉与氧气反应，间接考查了选择替代“铜粉”的物质所应具备的条件就是与氧气反应后不能产生气体；而且问题(4)紧接着让学生产生与问题(2)不相符的认知冲突，从实验的另一角度展开讨论，突出了试题的发散性和创新性；解题时要想木炭燃烧会产生CO2，要使装置内外产生压强差使液体倒吸，必须要用一种能吸收CO2气体的溶液来替代水。问题(3)则主要考查学生灵活运用基础知识的能力，把“氧气在空气中的体积分数约为1/5”用于实际解题中，并能进行仔细谨慎地分析。不过在本题中需要注意的是要确保实验的准确性，在测定过程中为了使A容器内的气压与外界大气压一致，在实验前后必须都要调整A、B中的液面保持水平。答案：(1)往B中加水，使A、B液面保持水平，盖紧A的密封盖，再向B中加水，使B中的液面高于A，一段时间后B中液面不下降，则气密性好。（或往B中加水，使A、B液面保持水平，盖紧A的密封盖，再用手捂住A的外壁，若B中的液面上升，则气密性好。） (2)B (3)12 偏大 (4)石灰水 二氧化碳+石灰水碳酸钙+水例2为了探究空气的组成，小明设计了以下实验报告，请帮他一起完成。实验目的：探究空气中氧气的含量。实验用品：A： 、B： 、 集气瓶、导管、乳胶管、橡皮塞、酒精灯、止水夹、红磷。实验原理： 。实验步骤：将集气瓶划分成五等分并标记； 连接仪器形成完整的装置； ；在燃烧匙中加入红磷，放进集气瓶并塞紧橡皮塞，用止水夹夹紧乳胶管； 点燃红磷并将仪器A迅速伸入集气瓶内； 燃烧结束，打开弹簧夹观察现象。实验现象： 红磷燃烧产生大量白烟；水进入集气瓶的体积少于总体积的1/5。问题讨论：(1)实验中可能使测得氧气含量比理论值小的步骤是 ; A. B. C. D. (2)实验中可能会出现实验结果大于理论值的情况吗？如有可能说明为什么？ 。分析：本题测定空气中氧气含量的实验原理是通过红磷在集气瓶中燃烧，消耗集气瓶中的氧气，使瓶中的气压降低，从而通过计算倒吸水的体积来确定空气中氧气的体积分数。仪器名称的书写考查的是学生的基础知识点；实验原理是让学生联系物理所学的压强知识来解释化学知识；而涉及的气体实验的步骤中不能忘记气密性的检查；问题讨论中主要考查学生的误差分析。答案：燃烧匙； 烧杯； 红磷燃烧消耗密闭容器内的氧气，容器内的压强减小，水会倒流至集气瓶中； 检查装置的气密性； D； 有可能，如果开始忘记夹紧止水夹，空气受热膨胀从导管口逸出，测量结果会大于五分之一。“空气中氧气含量的测定实验”是一个非常重要的实验，随着教学改革的不断深入，一直奋斗在教学一线的教师经过自己的努力钻研，创新出了许多“空气中氧气含量的测定实验”装置。在教学中，教师主要要把握住本实验的“气压差”测定原理，给学生分析可能影响气压差大小的因素，使学生对实验有一个深度的理解，从而以不变应万变。实践：根据新课标的要求，笔者针对这类题，设计了如下两道类似的题，希望能给读者一定的指导和启示。练习1为测定空气中氧气的含量，某兴趣小组的同学选用了实际使用容积为40mL的试管作反应容器和量程体积足够大且润滑效果好的针筒注射器，将足量的白磷（化学性质与红磷相似，40就可以燃烧）放入试管后，用橡皮塞塞紧试管，并夹紧弹簧夹。用酒精灯加热白磷，燃烧结束后，等到试管冷却后松开弹簧夹，观察现象。(1)正式开始实验前，该小组同学打开弹簧夹，将注射器活塞从20mL刻度推至15 mL刻度，然后松开活塞，观察活塞回到20mL处，该操作的目的是 。(2)实验中，在松开弹簧夹前，大试管中可以观察到白磷燃烧， 并产生 。(3)反应的文字表达式是 。(4)实验后可以观察到针筒活塞从原来的20 mL慢慢向左移至 刻度处。 A.4mL B.8mL C.12mL D.16mL (5)下列三项实验操作对实验结果几乎没有影响的一项是 。 A.装置有点漏气 B.白磷量不足 C.用干燥的红磷代替白磷做实验点燃答案：(1)检查装置的气密性 (2) 放出大量的热，大量的白烟 (3)磷+氧气五氧化二磷 (4)C (5)C练习2某校化学研究性学习小组在学习了“空气中氧气含量测定”的基础上，改进了教材中的实验，设计出了如右图所示的实验装置。实验步骤如下：如图所示，连接仪器，检查装置的气密性。发现装置的气密性良好。在集气瓶里装进适量a 体积的水，燃烧匙里放一块白磷（其着火点是40），并在酒精灯上把玻璃棒下端加热，按图示装置把集气瓶中的空气密封起来，把长导管的另一端放入盛有足量水的烧杯中。（注：集气瓶内的长导管已伸到了瓶底）用力把预先加热过的玻璃棒按下与白磷接触，观察到白磷立即着火燃烧，产生大量白烟，同时放出大量的热。（注：白磷与红磷燃烧的产物相同）待白磷燃烧熄灭后，稍加振荡，白烟消失。待集气瓶完全冷却至室温，量出集气瓶中水的体积是b，整个集气瓶体积是c。根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数。根据以上信息，回答下列问题。(1)在白磷开始燃烧到最后熄灭的过程中，集气瓶内水面的变化情况是_。(2)若实验非常成功，请写出a、b、c三个数据应满足的一个等式关系式：_。(3)图中玻璃管的作用是 。(4)组内成员小张对“实验前集气瓶里要装进适量a 体积的水”非常不理解。咨询了组长小明之后，他终于明白“a 体积的水”的作用，其一是为了加快步骤中集气瓶的冷却速度；其二则主要是_。(5)组内成员小杭性格好动，无意间他发现向步骤集气瓶内的水中滴加几滴紫色石蕊试液，水会变红。这一现象使组内成员积极地展开了讨论，成员小葛是由于二氧化碳溶于水，使溶液显酸性而导致的，但小明马上作出反对，原因是空气中二氧化碳的含量极少，而实验过程中又没有产生二氧化碳，短时间内不可能会使溶液显酸性。你认为谁的观点正确？_。若你认为小明的观点正确，那么请你对“变红”现象提出大胆地猜想：_。（若你认为小葛的观点正确，此空不填）(6)在上述实验中，下列操作的实施和实验现象的出现，会导致实验最后产生的实际值大于理论值的是（ ）A装置气密性不好 B实验前集气瓶里没有装a 体积的水C集气瓶没有冷却到室温 D白磷的量不足E用红磷代替白磷（红磷的着火点在240左右）答案：(1)先下降后上升 (2) 5bc = 4a (3)反应结束后让烧杯中的水沿着玻璃管进入集气瓶 (4)形成液封，防止实验过程中集气瓶内的气体从长导管中向外逸散而影响实验结果 (5)小明 白烟（五氧化二磷固体）溶于水中形成了酸性物质 (6)B反思：结合对上述例题和练习的思考，结合自己的实践，我认为要能正确解答出以“探究空气中氧气的体积分数”为知识背景开展多维探究的化学实验题，需要把握住以下几个知识要点：1.仔细审题，明确题目中“测定空气中氧气的体积分数”的实验原理。（该原理主要是在某密闭容器内通过加热或燃烧某种可燃物，消耗容器内的氧气，使密闭体系内的气压降低，然后在容器内外气压差的作用下，引起实验过程中的其它一些现象（水倒吸或活塞移动等），再根据现象得出结论。）2.该类题中装置气密性的检查原理通常就是“气压差”原理，即以一些手段增大密闭体系内的气压后，通过观察某种实验现象来确定装置气密性的良好。3.该实验中对可燃物的要求是首先在