空氣中氧氣含測定的案例分析

1、<p>　　“空氣中氧氣含測定”的案例分析</p><p>　　金壇市第五中學(xué) 汪平</p><p>　　新的課程標(biāo)準(zhǔn)（化學(xué)）中對構(gòu)建學(xué)生學(xué)科的情感體系提出了要求，對開展探究性教學(xué)、關(guān)注自然與社會，關(guān)注人與自然的和諧發(fā)展、關(guān)注人文精神提出了要求。窺視近幾年的中考試題，創(chuàng)新和綜合類的具有“化學(xué)味”的化學(xué)實驗題將被受關(guān)注，成為了命題的新亮點。以“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”為知識

2、背景開展多維探究的化學(xué)實驗題就是其中的一類試題。如：</p><p>　　例1某研究性學(xué)習(xí)小組設(shè)計了如下圖所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，其中A是底面積為50cm2、高20 cm的圓筒狀玻璃容器(帶密封蓋)，上面標(biāo)有以cm為單位的刻度，B是帶刻度的敞口玻璃管(其他輔助裝置略)。他們的操作過程如下：</p><p>　　a．檢查裝置的氣密性；</p><p>　

3、　b．加入水并調(diào)整B的高度，使A中的液面至刻度15 cm處；</p><p>　　c．將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上，蓋緊密封蓋；</p><p>　　d．通電加熱銅粉，待充分反應(yīng)后，冷卻到原來的狀況，調(diào)</p><p>　　整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，記錄液面</p><p>　　刻度。(注：A容器內(nèi)固態(tài)物質(zhì)所占的體積忽略不計)

4、</p><p>　　(1)在操作a中檢查裝置氣密性的方法是 。</p><p>　　(2)在上述實驗中，下列物質(zhì)不能代替銅粉的是 (填字母)。</p><p>　　A．紅磷 B．木炭 C．鐵粉</p><p>　　(3)在操

5、作d結(jié)束時，裝置A中液面的刻度約為 cm(填整數(shù))。如果在操作d結(jié)束時，裝置A中液面刻度在11cm處，則實驗結(jié)果比理論值 (填“偏大”或“偏小”)。</p><p>　　(4)該小組中有同學(xué)提出，用木炭代替銅粉也能測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)，只要將水換成一種溶液，則該溶液是 ，其原因是(用文字表達(dá)式表示)

6、 。</p><p>　　分析：本題以“探究空氣中氧氣的含量”為知識背景，要求學(xué)生能把自己所學(xué)的化學(xué)知識進(jìn)行遷移，重新選擇實驗裝置和實驗藥品。本題測定空氣中氧氣含量的實驗原理是通過加熱銅粉消耗A容器中的氧氣，使A中的氣壓降低，從而通過計算倒吸水的體積來確定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。問題(1)考查的是學(xué)生能否靈活運用“氣壓差原理”對裝置氣密性進(jìn)行檢查，很多考生在解答該題時由于沒有掌握原理，所以無從下手或表達(dá)不清；問題

7、(2)通過紅磷、木炭和鐵粉與氧氣反應(yīng)，間接考查了選擇替代“銅粉”的物質(zhì)所應(yīng)具備的條件就是與氧氣反應(yīng)后不能產(chǎn)生氣體；而且問題(4)緊接著讓學(xué)生產(chǎn)生與問題(2)不相符的認(rèn)知沖突，從實驗的另一角度展開討論，突出了試題的發(fā)散性和創(chuàng)新性；解題時要想木炭燃燒會產(chǎn)生CO2，要使裝置內(nèi)外產(chǎn)生壓強差使液體倒吸，必須要用一種能吸收CO2氣體的溶液來替代水。問題(3)則主要考查學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識的能力，把“氧氣在空氣中的體積分?jǐn)?shù)約為1/5”用于實際解題中，

8、并能進(jìn)行仔細(xì)謹(jǐn)慎地分析。不過在本題中需要注意的是要確保實驗的準(zhǔn)確性，在測定過程中為了使A容器內(nèi)的氣壓與外界大氣壓一致，在實驗前后必須都要調(diào)整A、B中的液面保持水平。</p><p>　　答案：(1)往B中加水，使A、B液面保持水平，蓋緊A的密封蓋，再向B中加水，使B中的液面高于A，一段時間后B中液面不下降，則氣密性好。（或往B中加水，使A、B液面保持水平，蓋緊A的密封蓋，再用手捂住A的外壁，若B中的液面上升，則氣

9、密性好。） (2)B (3)12 偏大 (4)石灰水 二氧化碳+石灰水→碳酸鈣+水</p><p>　　例2為了探究空氣的組成，小明設(shè)計了以下實驗報告，請幫他一起完成。</p><p>　　實驗?zāi)康模禾骄靠諝庵醒鯕獾暮俊?lt;/p><p>　　實驗用品：A： 、B： 、 </p><

10、p>　　集氣瓶、導(dǎo)管、乳膠管、橡皮塞、酒精燈、</p><p><b>　　止水夾、紅磷。</b></p><p>　　實驗原理： 。</p><p>　　實驗步驟：①將集氣瓶劃分成五等分并標(biāo)記；</p><p>　?、谶B接儀器形成完整的裝置；<

11、;/p><p>　?、?；</p><p>　?、茉谌紵字屑尤爰t磷，放進(jìn)集氣瓶并塞緊橡皮塞，用止水夾夾緊乳膠管；</p><p>　?、蔹c燃紅磷并將儀器A迅速伸入集氣瓶內(nèi)；</p><p>　　⑥燃燒結(jié)束，打開彈簧夾觀察現(xiàn)象。</p><

12、;p>　　實驗現(xiàn)象： ①紅磷燃燒產(chǎn)生大量白煙；②水進(jìn)入集氣瓶的體積少于總體積的1/5。</p><p>　　問題討論：(1)實驗中可能使測得氧氣含量比理論值小的步驟是 ;</p><p>　　A.④ B.⑤ C.⑥ D.④ ⑤ ⑥</p><p>　　(2)實驗中可能會出現(xiàn)實驗結(jié)果大于理論值的情況嗎？如有可能

13、說明為什么？ 。</p><p>　　分析：本題測定空氣中氧氣含量的實驗原理是通過紅磷在集氣瓶中燃燒，消耗集氣瓶中的氧氣，使瓶中的氣壓降低，從而通過計算倒吸水的體積來確定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。儀器名稱的書寫考查的是學(xué)生的基礎(chǔ)知識點；實驗原理是讓學(xué)生聯(lián)系物理所學(xué)的壓強知識來解釋化學(xué)知識；而涉及的氣體實驗的步驟中不能忘記氣密性

14、的檢查；問題討論中主要考查學(xué)生的誤差分析。</p><p>　　答案：燃燒匙； 燒杯； 紅磷燃燒消耗密閉容器內(nèi)的氧氣，容器內(nèi)的壓強減小，水會倒流至集氣瓶中； 檢查裝置的氣密性； D； 有可能，如果開始忘記夾緊止水夾，空氣受熱膨脹從導(dǎo)管口逸出，測量結(jié)果會大于五分之一。</p><p>　　“空氣中氧氣含量的測定實驗”是一個非常重要的實驗，隨著教學(xué)改革的不斷深入，一直奮斗在教

15、學(xué)一線的教師經(jīng)過自己的努力鉆研，創(chuàng)新出了許多“空氣中氧氣含量的測定實驗”裝置。在教學(xué)中，教師主要要把握住本實驗的“氣壓差”測定原理，給學(xué)生分析可能影響氣壓差大小的因素，使學(xué)生對實驗有一個深度的理解，從而以不變應(yīng)萬變。</p><p>　　實踐：根據(jù)新課標(biāo)的要求，筆者針對這類題，設(shè)計了如下兩道類似的題，希望能給讀者一定的指導(dǎo)和啟示。</p><p>　　練習(xí)1為測定空氣中氧氣的含量，某興趣小

16、組的同學(xué)選用了實際使用容積為40mL的試管作反應(yīng)容器和量程體積足夠大且潤滑效果好的針筒注射器，將足量的白磷（化學(xué)性質(zhì)與紅磷相似，40℃就可以燃燒）放入試管后，用橡皮塞塞緊試管，并夾緊彈簧夾。用酒精燈加熱白磷，燃燒結(jié)束后，等到試管冷卻后松開彈簧夾，觀察現(xiàn)象。</p><p>　　(1)正式開始實驗前，該小組同學(xué)打開彈簧夾，將注射器活塞從20mL刻度推至15 mL刻度，然后松開活塞，觀察活塞回到20mL處，該操作的目

17、的是</p><p><b>　　。</b></p><p>　　(2)實驗中，在松開彈簧夾前，大試管中可以觀察到白磷燃燒， 并產(chǎn)生 。</p><p>　　(3)反應(yīng)的文字表達(dá)式是 。</p>&

18、lt;p>　　(4)實驗后可以觀察到針筒活塞從原來的20 mL慢慢向左移至 刻度處。</p><p>　　A.4mL B.8mL C.12mL D.16mL </p><p>　　(5)下列三項實驗操作對實驗結(jié)果幾乎沒有影響的一項是 。</p><p>　　A.裝置有點漏氣

19、 B.白磷量不足 C.用干燥的紅磷代替白磷做實驗</p><p>　　答案：(1)檢查裝置的氣密性 (2) 放出大量的熱，大量的白煙 </p><p>　　(3)磷+氧氣→五氧化二磷 (4)C (5)C</p><p>　　練習(xí)2某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習(xí)小組在學(xué)習(xí)了“空氣中氧氣含量測定”的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了教材中的實驗，設(shè)計出了如右圖所示的實驗

20、裝置。實驗步驟如下：</p><p>　?、偃鐖D所示，連接儀器，檢查裝置的氣密性。發(fā)現(xiàn)</p><p><b>　　裝置的氣密性良好。</b></p><p>　?、谠诩瘹馄坷镅b進(jìn)適量a 體積的水，燃燒匙里放</p><p>　　一塊白磷（其著火點是40℃），并在酒精燈上把</p><p>　　玻

21、璃棒下端加熱，按圖示裝置把集氣瓶中的空氣</p><p>　　密封起來，把長導(dǎo)管的另一端放入盛有足量水的燒杯中。（注：集氣瓶內(nèi)的長導(dǎo)管已伸到了瓶底）</p><p>　　③用力把預(yù)先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，產(chǎn)生大量白煙，同時放出大量的熱。（注：白磷與紅磷燃燒的產(chǎn)物相同）</p><p>　?、艽琢兹紵绾螅约诱袷?，白煙消失。<

22、;/p><p>　?、荽瘹馄客耆鋮s至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶體積是c。</p><p>　　⑥根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)。</p><p>　　根據(jù)以上信息，回答下列問題。</p><p>　　(1)在白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內(nèi)水面的變化情況是________。</p>&

23、lt;p>　　(2)若實驗非常成功，請寫出a、b、c三個數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的一個等式關(guān)系式：________。</p><p>　　(3)圖中玻璃管的作用是 。</p><p>　　(4)組內(nèi)成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進(jìn)適量a 體積的水”非常不理解。咨詢了組長小明之后，他終于明白“a 體積的水”的

24、作用，其一是為了加快⑤步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是_________________________________。</p><p>　　(5)組內(nèi)成員小杭性格好動，無意間他發(fā)現(xiàn)向⑤步驟集氣瓶內(nèi)的水中滴加幾滴紫色石蕊試液，水會變紅。這一現(xiàn)象使組內(nèi)成員積極地展開了討論，成員小葛是由于二氧化碳溶于水，使溶液顯酸性而導(dǎo)致的，但小明馬上作出反對，原因是空氣中二氧化碳的含量極少，而實驗過程中又沒有產(chǎn)生二氧化碳，短

25、時間內(nèi)不可能會使溶液顯酸性。你認(rèn)為誰的觀點正確？________。若你認(rèn)為小明的觀點正確，那么請你對“變紅”現(xiàn)象提出大膽地猜想：__________________________。（若你認(rèn)為小葛的觀點正確，此空不填）</p><p>　　(6)在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導(dǎo)致實驗最后產(chǎn)生的實際值大于理論值的是（ ）</p><p>　　A．裝置氣密性不好

26、 B．實驗前集氣瓶里沒有裝a 體積的水</p><p>　　C．集氣瓶沒有冷卻到室溫 D．白磷的量不足</p><p>　　E．用紅磷代替白磷（紅磷的著火點在240℃左右）</p><p>　　答案：(1)先下降后上升 (2) 5b—c = 4a (3)反應(yīng)結(jié)束后讓燒杯中的水沿著玻璃管進(jìn)入集氣瓶 (4)形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內(nèi)的氣體

27、從長導(dǎo)管中向外逸散而影響實驗結(jié)果 (5)小明 白煙（五氧化二磷固體）溶于水中形成了酸性物質(zhì) (6)B</p><p>　　反思：結(jié)合對上述例題和練習(xí)的思考，結(jié)合自己的實踐，我認(rèn)為要能正確解答出以“探究空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”為知識背景開展多維探究的化學(xué)實驗題，需要把握住以下幾個知識要點：</p><p>　　1.仔細(xì)審題，明確題目中“測定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)”的實驗原理。（該

28、原理主要是在某密閉容器內(nèi)通過加熱或燃燒某種可燃物，消耗容器內(nèi)的氧氣，使密閉體系內(nèi)的氣壓降低，然后在容器內(nèi)外氣壓差的作用下，引起實驗過程中的其它一些現(xiàn)象（水倒吸或活塞移動等），再根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論。）</p><p>　　2.該類題中裝置氣密性的檢查原理通常就是“氣壓差”原理，即以一些手段增大密閉體系內(nèi)的氣壓后，通過觀察某種實驗現(xiàn)象來確定裝置氣密性的良好。</p><p>　　3.該實驗中對可

29、燃物的要求是首先在空氣中能燃燒，燃燒只能消耗氧氣而不消耗其它氣體，燃燒后最好生成固體物質(zhì)而不能產(chǎn)生氣體，但如果有氣體產(chǎn)生，實驗過程中必須要選擇試劑來除去氣體，以免造成氣壓差的減小而影響實驗結(jié)果。</p><p>　　4.熟記在通常狀況下空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是21%（或約為1/5）的結(jié)論，并且在解題中要能靈活地運用。</p><p>　　5.掌握上述空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)與理論值偏差的基本原因，