姜小爭(zhēng)

測(cè)定帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

姜小爭(zhēng)

（南通市第一初級(jí)中學(xué) 江蘇 南通 226000）

帶火星木條復(fù)燃的瞬間容器內(nèi)溫度驟升，運(yùn)用數(shù)字化探究?jī)x器氧氣濃度探頭、溫度探頭于實(shí)驗(yàn)中，溫度探頭會(huì)采集到溫度突變的數(shù)據(jù)，此刻氧氣濃度探頭采集到的數(shù)據(jù)即為帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn);操作簡(jiǎn)單;數(shù)據(jù)準(zhǔn)確;可行性強(qiáng);實(shí)驗(yàn)探究

化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面化學(xué)教育的一種最有效的形式。化學(xué)實(shí)驗(yàn)特有的生動(dòng)性，會(huì)使初中學(xué)生很感興趣，但只是層次較低的感知興趣和操作興趣，況且初中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)并不多，再加上越來(lái)越多的書(shū)面習(xí)題，他們逐漸感到枯燥乏味，也漸漸喪失了學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情。因此我嘗試從習(xí)題中找尋實(shí)驗(yàn)點(diǎn)，優(yōu)化設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)與探究學(xué)習(xí)相結(jié)合，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的探究功能，讓學(xué)生獲得知識(shí)，學(xué)到技能，受到科學(xué)方法、科學(xué)思維的訓(xùn)練，養(yǎng)成科學(xué)精神。

一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的設(shè)計(jì)意圖

我改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)“測(cè)定帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度”就來(lái)自學(xué)生作業(yè)中的一道習(xí)題：某興趣小組同學(xué)將帶火星的木條伸入到收集滿氧氣的集氣瓶?jī)?nèi)，木條復(fù)燃，拿出木條，蓋好集氣瓶。過(guò)一會(huì)兒，再用帶火星的木條伸入瓶?jī)?nèi)，木條仍然復(fù)燃。重復(fù)以上操作，直到木條不再?gòu)?fù)燃。據(jù)此現(xiàn)象 你能得到的結(jié)論是 ______________。

（答案：帶火星的木條復(fù)燃與氧氣濃度有關(guān)）?！爸挥屑冄醪拍苁箮Щ鹦堑哪緱l復(fù)燃，木條不復(fù)燃就沒(méi)有氧氣”，學(xué)生初學(xué)化學(xué)往往會(huì)這樣想，為幫助他們走出誤區(qū)，我想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)出帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度，讓學(xué)生體驗(yàn)到只要氧氣達(dá)到一定濃度，帶火星的木條就會(huì)復(fù)燃的事實(shí)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的過(guò)程

1.按照以往的實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（“中值法”）

第一組實(shí)驗(yàn)：取5只集氣瓶，編號(hào)為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總?cè)莘e10%、20%、30%、40%、50%的水，用排水法收集氧氣。將帶火星的木條依次插入①～⑤號(hào)瓶中，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，在第一組實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又做了第二組，二組實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和現(xiàn)象見(jiàn)下表。

表1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和現(xiàn)象

再根據(jù)：集氣瓶中氧氣的體積分?jǐn)?shù)=收集的氧氣占容積的體積分?jǐn)?shù)+瓶中空氣占容積的體積分?jǐn)?shù)×21%，當(dāng)收集的氧氣占容積的體積分?jǐn)?shù)為35%時(shí)，可使帶火星的木條復(fù)燃，即可求得集氣瓶中氧氣體積分?jǐn)?shù)約為49%。

盡管上述方法可以粗略測(cè)出帶火星木條復(fù)燃時(shí)氧氣濃度，但步驟過(guò)于繁瑣，操作不便，于是我將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探測(cè)儀器應(yīng)用于改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)，步驟簡(jiǎn)單，操作方便，現(xiàn)象直觀，獲得的數(shù)據(jù)清晰、準(zhǔn)確。

2.改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置

利用這套裝置，先將氧氣濃度探頭、溫度探頭和帶火星的木條放入瓶中，再往瓶中通氧氣，氧氣探頭采集數(shù)據(jù)反映出氧氣濃度的改變，帶火星木條復(fù)燃時(shí)的瞬間就會(huì)放出大量的熱，此時(shí)溫度探頭就會(huì)采集到溫度驟升的數(shù)據(jù)，與之對(duì)應(yīng)的同一時(shí)刻氧氣濃度探頭采集到的數(shù)據(jù)即為帶火星木條復(fù)燃的氧氣濃度。

圖2 實(shí)驗(yàn)曲線

3.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)的注意點(diǎn)

為使通入的氧氣盡量和瓶中氣體混合均勻，需要控制進(jìn)入瓶中的氧氣流量不能太快，也可先通入濃硫酸，不僅可以使氣泡均勻地泛入到瓶中，還干燥了進(jìn)入的氧氣，便于木條復(fù)燃；帶火星木條需和氧氣濃度探頭放在同一水平位上，便于數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確；觀察到帶火星木條復(fù)燃后及時(shí)熄滅火焰，避免對(duì)瓶?jī)?nèi)儀器的損壞。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的反思

1.該實(shí)驗(yàn)獲取氧氣濃度的方法一改過(guò)去使用的“中值法”，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)化了操作過(guò)程，數(shù)據(jù)更加精準(zhǔn)，可行性較強(qiáng)。

2.借助溫度探頭同時(shí)采集數(shù)據(jù)，可以避免僅憑肉眼觀察木條復(fù)燃的時(shí)間點(diǎn)與氧氣濃度采集的數(shù)據(jù)不同步，致使數(shù)據(jù)產(chǎn)生偏差。

3.瓶中木條一旦復(fù)燃，由于氧氣濃度較大，就會(huì)越燒越旺，不及時(shí)處理，就會(huì)出現(xiàn)燒毀探頭的后果，所以要及時(shí)做好“消防”準(zhǔn)備，即在氧氣濃度探頭周圍裹一層濕紗布，即便碰到少許火焰，由于熱量被吸收，也不會(huì)引燃。

4.通過(guò)多次實(shí)驗(yàn)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)木條的粗細(xì)不一、干濕不同等都會(huì)影響所測(cè)數(shù)據(jù)，于是可引導(dǎo)學(xué)生自己動(dòng)手測(cè)出不同木條復(fù)燃的氧氣濃度，甚至測(cè)出帶火星不同材質(zhì)復(fù)燃的氧氣濃度，如線香、竹簽等，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性，從而對(duì)化學(xué)學(xué)習(xí)產(chǎn)生極大的興趣。

5.由于實(shí)驗(yàn)容器中的活動(dòng)較多，通氧氣、出空氣、伸探頭（2枚）、點(diǎn)木條，這就要求容器的容積要大一些，實(shí)驗(yàn)室中沒(méi)有大容積、大口徑的集氣瓶，于是就用生活中的玻璃瓶代替，用熱熔的方法在瓶蓋上開(kāi)口，插入探頭和導(dǎo)管，雖然簡(jiǎn)陋，但在整個(gè)處理過(guò)程中，也大大提高了自己的動(dòng)手能力，享受了創(chuàng)作的樂(lè)趣。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)將化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行延伸，從而探究更深層的知識(shí)，在探究過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生們常用實(shí)驗(yàn)的研究技巧，在提高實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)效果的同時(shí)，也提高了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的能力和學(xué)習(xí)素質(zhì)。

1008-0546（2017）10-0092-02

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.032