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該實(shí)驗(yàn)的原理是:根據(jù)紅磷的燃燒,消耗集氣瓶里的氧氣,使得瓶?jī)?nèi)氣體減少,壓強(qiáng)減小,在大氣壓的作用下,將燒杯中的水壓入集氣瓶,進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積約為氧氣的體積。
步驟:先連接好裝置,再檢查裝置的氣密性,然后在集氣瓶?jī)?nèi)裝少量水,并將水面上方空間分為五等份。用彈簧夾夾緊膠皮管。點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)的紅磷后,立即伸入瓶中并把塞子塞緊,觀察紅磷燃燒的現(xiàn)象。待紅磷熄滅,整個(gè)裝置冷卻到室溫,再觀察瓶?jī)?nèi)水面上升的情況。
現(xiàn)象:紅磷劇烈燃燒,產(chǎn)生大量白煙,放出熱量。待整個(gè)裝置冷卻到室溫后,打開彈簧夾,可以看到水沿導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶?jī)?nèi),瓶?jī)?nèi)液面逐漸上升,上升的液面約為瓶?jī)?nèi)空氣的1/5。
誤差分析:
實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小的原因(即集氣瓶?jī)?nèi)水面上升小于1/5):①紅磷的量不足;因紅磷的量不足,則不能將瓶?jī)?nèi)的氧氣完全反應(yīng)掉,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。②裝置的氣密性不好;使外界的空氣進(jìn)入集氣瓶,使進(jìn)入水的體積偏小。導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。③沒有冷卻到室溫就打開了彈簧夾;氣體體積隨溫度的升高而增大,使進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積偏小,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。④導(dǎo)管內(nèi)沒有先裝滿水;最后有一部分水留在導(dǎo)管中,沒有進(jìn)入瓶?jī)?nèi),導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏小。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大的原因(即集氣瓶?jī)?nèi)水面上升大于1/5):①點(diǎn)燃紅磷后沒有立即伸入集氣瓶中,并塞緊塞子;因瓶?jī)?nèi)氣體受熱膨脹逸出,使得瓶?jī)?nèi)氣體減少,使進(jìn)入瓶?jī)?nèi)水的體積偏大,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大。②實(shí)驗(yàn)中沒有夾緊彈簧夾;紅磷燃燒過(guò)程中,空氣膨脹,部分氣體從導(dǎo)管逸出,使進(jìn)入瓶?jī)?nèi)的水的體積偏大,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏大。③實(shí)驗(yàn)過(guò)程中根本沒夾彈簧夾,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果更偏大。
該實(shí)驗(yàn)藥品的選擇依據(jù):只能與空氣中的氧氣反應(yīng),且生成固體物質(zhì);如果生成物是氣體,燒杯中的液體物質(zhì)能吸收該氣體,也能用于該實(shí)驗(yàn)。因此一般不能用木炭、蠟燭、硫磺、鐵絲、鎂等代替紅磷做該實(shí)驗(yàn)。
實(shí)驗(yàn)弊端:紅磷燃燒產(chǎn)生的白煙污染空氣,整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程容易引起誤差,導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果不準(zhǔn)確。
關(guān)鍵詞:燃燒;實(shí)驗(yàn)
作者簡(jiǎn)介:曹明華(1979-),男,江蘇海安人,本科,中學(xué)一級(jí),方向?yàn)橹饕芯砍踔谢瘜W(xué)教學(xué)研究.空氣中氧氣含量測(cè)定是人教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)的一個(gè)實(shí)驗(yàn),教材實(shí)驗(yàn)裝置中選擇的可燃物是紅磷.實(shí)驗(yàn)原理是:紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣且生成了五氧化二磷的白色固體,使密閉容器內(nèi)壓強(qiáng)減小,外界大氣壓將水沿導(dǎo)管壓入集氣瓶?jī)?nèi),進(jìn)入瓶中水的體積即為減少的氣體體積.實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:(1)紅磷燃燒產(chǎn)生大量的白煙,放出熱量;(2)打開彈簧夾,燒杯內(nèi)的水沿導(dǎo)管進(jìn)入集氣瓶,約占集氣瓶容積的1/5.反應(yīng)化學(xué)方程式:4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:(1)氧氣約占空氣總體積的1/5;(2)空氣中還有4/5體積的氣體,不可燃也不助燃且不溶于水.
實(shí)驗(yàn)誤差分析:(1)實(shí)驗(yàn)后若結(jié)果偏小,可能的原因有:紅磷量不足、裝置漏氣、沒有冷卻到室溫就打開彈簧夾;(2)實(shí)驗(yàn)后若結(jié)果偏大,可能的原因有:彈簧夾沒有夾緊、燃燒匙伸入集氣瓶?jī)?nèi)過(guò)慢.
實(shí)驗(yàn)成功的關(guān)鍵:紅磷足量;裝置的氣密性良好;操作時(shí)要注意待集氣瓶冷s到室溫后再打開彈簧夾等.可燃物紅磷的替代品應(yīng)滿足的條件是:(1)可燃物能夠在空氣中燃燒;(2)可燃物在空氣中燃燒時(shí)只消耗氧氣,不與空氣中的其他成分反應(yīng);(3)可燃物燃燒時(shí)只生成固體(若生成物是氣體,可將水換成易吸收該氣體的溶液).
實(shí)驗(yàn)優(yōu)缺點(diǎn)分析:實(shí)驗(yàn)化教材中的實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,現(xiàn)象明顯直觀,但實(shí)驗(yàn)開始時(shí)在空氣中點(diǎn)燃燃燒匙內(nèi)紅磷會(huì)對(duì)空氣造成污染.針對(duì)課本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn),改進(jìn)方案的基本思路包括兩個(gè)方面:
方案一:著火點(diǎn)方式的改進(jìn)
如將紅磷換成白磷,通過(guò)光、熱使其在密閉的環(huán)境中燃燒,既減少對(duì)空氣的污染又保證實(shí)驗(yàn)的成功,如圖1.
方案二:反應(yīng)物的改進(jìn)
如反應(yīng)物可以用銅代替,因?yàn)殂~在密閉裝置中,加熱的條件下與氧氣發(fā)生反應(yīng)生成氧化物,氣體體積的減少量即為空氣中氧氣的含量,如圖2.
近兩年有關(guān)這部分的中考命題內(nèi)容及考查角度則是以空氣中氧氣含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),考查藥品的選擇、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論、誤差分析等知識(shí).
二、相關(guān)中考題型鏈接
例1(1)用圖3甲裝置測(cè)定空氣中氧氣的含量,證明氧氣約占空氣總體積的1/5,圖中a、b兩種物質(zhì)可分別選用(選序號(hào)).
A.鐵絲、水B.紅磷、水
C.木炭、NaOH溶液D.硫粉、水
(2)圖乙是對(duì)圖甲測(cè)定空氣中氧氣含量的實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)(圖甲中a所對(duì)應(yīng)的藥品均用酒精燈點(diǎn)燃),你認(rèn)為改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)是(選序號(hào)).
A.節(jié)約能源B.不會(huì)對(duì)空氣造成污染
C.測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確D.操作簡(jiǎn)便、安全
解析(1)空氣中氧氣含量測(cè)定實(shí)驗(yàn)的原理是:通過(guò)可燃物燃燒消耗集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣,使瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)減小,燒杯中的水倒流進(jìn)入瓶?jī)?nèi),通過(guò)進(jìn)入的水的體積間接測(cè)量空氣中氧氣的體積,所以實(shí)驗(yàn)過(guò)程中集氣瓶?jī)?nèi)的氧氣是否完全耗盡是實(shí)驗(yàn)成敗的關(guān)鍵.鐵絲不能在空氣中燃燒,故選項(xiàng)A錯(cuò)誤;紅磷燃燒生成五氧化二磷固體,故選項(xiàng)B正確;木炭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w,二氧化碳?xì)怏w能被氫氧化鈉溶液吸收,故選項(xiàng)C正確;硫燃燒生成二氧化硫氣體,二氧化硫氣體不能被水完全吸收,故選項(xiàng)D錯(cuò)誤;(2)圖甲必須將藥品點(diǎn)燃后才能伸入集氣瓶?jī)?nèi),而圖乙中的白磷著火點(diǎn)較低,用激光筆就可以點(diǎn)燃,從而節(jié)約了能源,且裝置始終保持密封,操作簡(jiǎn)便,沒有污染,測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確.
【答案】(1)B C(2)A B C D
例2實(shí)驗(yàn)回顧:圖4甲是實(shí)驗(yàn)室測(cè)定空氣中氧氣含量的裝置.
(1)寫出集氣瓶?jī)?nèi)紅磷燃燒的化學(xué)方程式.
(2)實(shí)驗(yàn)原理:通過(guò)紅磷燃燒耗盡氧氣,使集氣瓶?jī)?nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差,在此壓強(qiáng)差的作用下,水被壓入集氣瓶.進(jìn)入集氣瓶中水的體積即為的體積.
【提出問(wèn)題】興趣小組用上述方法測(cè)定的氧氣含量常常小于1/5,查閱資料發(fā)現(xiàn):空氣中的氧氣含量低于7%時(shí),紅磷就不能繼續(xù)燃燒,提出用怎樣的實(shí)驗(yàn)方法可以使測(cè)定結(jié)果與理論值誤差相對(duì)較???
【實(shí)驗(yàn)探究】Ⅰ.根據(jù)鐵生銹的原理,探究用鐵能否準(zhǔn)確測(cè)定空氣中氧氣的含量.實(shí)驗(yàn)裝置如圖4乙,浸有飽和食鹽水的紙袋內(nèi)裝有活性炭粉(會(huì)加快鐵的生銹)和足量的鐵粉.Ⅱ.測(cè)得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1
表1測(cè)量項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)前實(shí)驗(yàn)后燒杯中水
的體積燒杯中剩余
水的體積集氣瓶(扣除內(nèi)容
物)和導(dǎo)管的容積體積/mL80.054.5126.0【交流表達(dá)】(1)根據(jù)表格中提供的數(shù)據(jù)計(jì)算,實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后測(cè)得空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)是.
(2)對(duì)照兩套實(shí)驗(yàn)裝置,你認(rèn)為通過(guò)改進(jìn)后測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確的原因是(選序號(hào)).
A.裝置密閉性更好B.不會(huì)對(duì)空氣造成污染
C.鐵的緩慢氧化使集氣瓶?jī)?nèi)氧氣充分耗盡
D.測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物
解析【實(shí)驗(yàn)回顧】(1)紅磷燃燒的化學(xué)方程式為:4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5.(2)通過(guò)紅磷燃燒耗盡氧氣,使集氣瓶?jī)?nèi)外產(chǎn)生壓強(qiáng)差,在此壓強(qiáng)差的作用下,水被壓入集氣瓶,進(jìn)入其中水的體積約等于瓶中氧氣的體積,可以粗略測(cè)定空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù).
【交流表達(dá)】(1)由表1數(shù)據(jù)可知,消耗的氧氣的體積是: 80mL54.5mL=25.5mL, 故空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為:25mL126mL×100%≈1202%.(2)對(duì)照兩套實(shí)驗(yàn)裝置,通過(guò)改進(jìn)后測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確的原因是:裝置密閉性更好、鐵的緩慢氧化使集氣瓶?jī)?nèi)氧氣充分耗盡、測(cè)量時(shí)考慮到導(dǎo)管容積和扣除內(nèi)容物,使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更準(zhǔn)確.
答案【實(shí)驗(yàn)回顧】4P+5O2點(diǎn)燃2P2O5
【交流表達(dá)】(1)20.2%(2)A C D
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)
一、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原因
化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于化學(xué)課程目標(biāo)的全面落實(shí)具有重要的作用?;瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出:化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)高度關(guān)注安全問(wèn)題,避免污染環(huán)境。教材中的某些實(shí)驗(yàn)存在著操作復(fù)雜、現(xiàn)象欠明顯、不環(huán)保、缺乏安全性等問(wèn)題。因此,對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn),使之更簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯、安全、環(huán)保、科學(xué)。
二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的原則
1、科學(xué)性原則:做到實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確無(wú)誤,實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)要科學(xué),實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)合理,實(shí)驗(yàn)操作符合。
2、簡(jiǎn)約性原則:取材容易,裝置簡(jiǎn)單,操作簡(jiǎn)便,縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)間,有創(chuàng)造性。
3、直觀性原則:實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯,感官性高。
4、安全性原則:實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全,不出事故,不危害人身安全。
5、環(huán)保性原則:減少藥品用量,減少環(huán)境污染。
6、可行性原則:實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合實(shí)際情況,教師要先做驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),確保實(shí)驗(yàn)的可行性。
三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)舉例
(一)測(cè)定空氣里氧氣含量的實(shí)驗(yàn)。
1、【實(shí)驗(yàn)2-1】的不足:
(1)測(cè)得數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,點(diǎn)燃燃燒匙中的紅磷,再放入集氣瓶中,瓶中的空氣因受熱逸散在空氣中,氣密性無(wú)法保證,從而使進(jìn)入瓶中水的體積出現(xiàn)誤差。
(2)污染空氣。因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)過(guò)程中,紅磷燃燒,生成白煙進(jìn)入空氣,造成空氣污染。由于這白煙是五氧化二磷,能溶于水,放出大量的熱,先形成偏磷酸,后變成正磷酸。五氧化二磷在空氣中吸濕潮解,與有機(jī)物接觸會(huì)發(fā)生燃燒。接觸有機(jī)物有引起燃燒危險(xiǎn)。受熱或遇水分解放熱,放出有毒的腐蝕性煙氣,具有強(qiáng)腐蝕性。
2、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y(cè)定空氣中氧氣的含量,避免五氧化二磷污染空氣。
實(shí)驗(yàn)所需儀器及用品:注射器、燒杯、鑷子、白磷、石蠟、熱水、凡士林。
實(shí)驗(yàn)原理:用開水的溫度引燃密封注射器中的白磷,白磷燃燒消耗注射器內(nèi)的氧氣,使活塞移動(dòng),從而測(cè)出空氣中氧氣的含量。
實(shí)驗(yàn)裝置如圖:
實(shí)驗(yàn)步驟
(1)用鑷子夾取一小塊白磷,放入注射器中。
(2)將注射器的活塞推到最大刻度出,將注射器口用石蠟密封并用橡皮筋固定活塞。
(3)在燒杯中裝滿熱水,將注射器放于燒杯上方。
(4)將注射器放在桌面上冷卻,觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。
(5)對(duì)產(chǎn)生的五氧化二磷和剩余的白磷進(jìn)行處理。把注射器中的活塞拿出,加入熱水后把液體到入燒杯中,向燒杯中加入碳酸鈉溶液直到不再產(chǎn)生氣泡為止,不要倒入冷水,由于五氧化二磷與冷水反應(yīng)生成偏磷酸,偏磷酸有毒;向注射器中再倒入冷水,用鑷子取回白磷即可。
實(shí)驗(yàn)注意:
(1)注射器的活塞要涂上凡士林。
(2)白磷要足量,放在注射器中間。
(3)注射器冷卻后再讀數(shù)據(jù)。
實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn):
(1)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是在密封的環(huán)境中進(jìn)行,安全環(huán)保無(wú)污染。
(2)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單,現(xiàn)象明顯,實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。
(3)該套裝置簡(jiǎn)單實(shí)用,注射器的實(shí)用,貼近學(xué)生的實(shí)際生活,提高學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦能力。
(二)燃燒條件的實(shí)驗(yàn)
1、實(shí)驗(yàn)的不足:
(1)白磷燃燒會(huì)產(chǎn)生白煙,飄灑在空氣中污染空氣,白磷燃燒生成物溶于水造成水污染。
(2)銅片的紅磷有可能會(huì)燃燒。由于白磷燃燒,放出大量的熱,通過(guò)銅片傳給紅磷,使紅磷的溫度達(dá)到其著火點(diǎn),使紅磷燃燒起來(lái)。
(3)制取氧氣,操作步驟麻煩,用氧氣吹白磷會(huì)造成白磷飛濺造成事故。
2、實(shí)驗(yàn)改進(jìn):
改進(jìn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄课镔|(zhì)燃燒的條件,避免水污染和空氣污染。
實(shí)驗(yàn)所需儀器及用品:大燒杯、大試管、金屬圓柱體、金屬瓶蓋、鑷子、藥匙、玻璃導(dǎo)管、白磷、紅磷、濾紙、熱水、氣球
實(shí)驗(yàn)裝置如圖:
實(shí)驗(yàn)步驟:
(1)按圖1所示,將紅磷、白磷分別放入兩試管中,用帶玻璃導(dǎo)管的橡皮塞塞住試管口,玻璃管的外端固定一氣球,保證試管內(nèi)有較多的空氣,完全封閉后再將兩試管同時(shí)浸入熱水中進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。觀察紅磷、白磷哪個(gè)燃燒。
(2)按圖2所示,在燒杯中放一金屬圓柱體和金屬瓶蓋,瓶蓋周圍要用打一小孔使水流下,注入適量熱水浸沒金屬螺栓上層,螺栓上層放一小塊白磷。觀察白磷是否燃燒。
(3)按圖3所示,用紙板固定試管,試管向下罩住水中的金屬圓柱體(白磷)。觀察白磷是否燃燒。
實(shí)驗(yàn)注意:
白磷要用濾紙吸干其表面的水分,用干布擦干試管內(nèi)壁,保持試管內(nèi)壁干燥。
金屬圓柱體和瓶蓋用粘合劑粘在一起,金屬圓柱體可用粗鋼筋或金屬螺栓,對(duì)金屬瓶蓋周圍要有小孔,使水能流下白磷會(huì)露出水面,對(duì)剩余的白磷要進(jìn)行回收。
(4)五氧化二磷處理,對(duì)試管中產(chǎn)生的五氧化二磷加入熱水使其生成磷酸,在倒入實(shí)驗(yàn)二的燒杯中,再加入碳酸鈉溶液直到不再產(chǎn)生氣泡為止即可。不要倒入冷水,由于五氧化二磷與冷水反應(yīng)生成偏磷酸,偏磷酸有毒。
實(shí)驗(yàn)優(yōu)點(diǎn):
(1)白磷在試管中燃燒,用氣球緩解氣體的受熱膨脹,防止將橡皮塞沖出。
(2)生成的五氧化二磷能及時(shí)處理,既能讓學(xué)生觀察到白磷燃燒的現(xiàn)象,又能減少白磷燃燒對(duì)空氣和水的污染。
(3)將空試管倒扣在水中的金屬圓柱體的瓶蓋(白磷)上,白磷迅速燃燒,不需要制備氧氣,操作簡(jiǎn)單。
(4)將白磷放在金屬圓柱體上的瓶蓋中,解決了向熱水中通入氧氣時(shí)將白磷吹散的問(wèn)題。
(5)對(duì)白磷和五氧化二磷進(jìn)行了回收和處理。
(6)使用了生活中常見的氣球、金屬瓶蓋等,體現(xiàn)了化學(xué)的生活化。
教師在教學(xué)中應(yīng)高度重視和加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué),充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育功能。選用的實(shí)驗(yàn)應(yīng)具有教育價(jià)值,力求簡(jiǎn)明易做、安全環(huán)保。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,應(yīng)重視培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)安全和環(huán)境保護(hù)意識(shí),形成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和改進(jìn),激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣,能促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解和掌握,能培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)創(chuàng)新的精神。
參考文獻(xiàn):
實(shí)驗(yàn)操作步驟:在500 mL的燒杯中注入400 mL熱水,并放入用硬紙圈圈住的一小塊白磷;在燒杯上蓋一片薄銅片,銅片上一端放一小堆干燥的紅磷,另一端放一小塊已用濾紙吸去表面上水的白磷(圖1),觀察現(xiàn)象;然后用導(dǎo)管對(duì)準(zhǔn)上述燒杯中的白磷,通入少量氧氣(或空氣)(圖2),觀察現(xiàn)象。
筆者認(rèn)為教材中的這一演示實(shí)驗(yàn)存在不足。
1)薄銅片上的白磷燃燒產(chǎn)生的大量白煙擴(kuò)散到空氣中,會(huì)導(dǎo)致室內(nèi)污染。白磷燃燒生成的五氧化二磷嚴(yán)重腐蝕眼睛、皮膚和呼吸道,吸入粉塵可能引起肺水腫??諝庵形逖趸椎淖罡咴试S濃度為2 mg/m3。
2)不能充分說(shuō)明燃燒需要可燃物這一必不可少的條件。
3)用薄銅片傳遞熱開水散發(fā)的熱量達(dá)到白磷的著火點(diǎn)引起燃燒,時(shí)間較長(zhǎng),需要熱水較多。
4)通入氧氣使熱水中的白磷燃燒,白磷易游散,現(xiàn)象不明顯。
基于上述情況,筆者將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn),有效解決了上述問(wèn)題,改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖3、圖4所示。下面介紹實(shí)驗(yàn)操作步驟。
1)在250 mL的燒杯中注入200 mL的熱水。
2)在兩支試管底部分別裝適量的干燥細(xì)沙,然后分別放入適量的白磷和紅磷并塞上帶氣球的橡皮塞。紅磷要干燥,白磷用濾紙吸去表面的水。
3)在燒杯的熱水中浸入和試管中大小相同的白磷。
4)把兩支試管同時(shí)浸入熱水中,仔細(xì)觀察現(xiàn)象并做好記錄。
5)從燒杯中取出兩支試管,將收集滿氧氣的另一支試管倒扣在熱水中的白磷上,觀察現(xiàn)象并記錄。
這樣改進(jìn)有下面一些優(yōu)點(diǎn)。
1)白磷燃燒在密閉體系內(nèi)進(jìn)行,五氧化二磷不會(huì)擴(kuò)散到空氣中引起污染(如圖3所示)。
2)能充分說(shuō)明燃燒必須要有可燃物這一必備條件。放有白磷的試管中,白磷溫度達(dá)到著火點(diǎn)而燃燒,但白磷燃燒放出的熱量沒有引起干燥的細(xì)沙燃燒,說(shuō)明細(xì)沙不是可燃物,盡管溫度高,也與氧氣接觸,但是不會(huì)燃燒。
3)將兩支試管浸入熱水中,傳熱快,縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。
4)在試管中進(jìn)行實(shí)驗(yàn),所用紅磷、白磷都比鋪在銅片上的少;將500 mL的燒杯改為250 mL的燒杯,減少了熱水的用量。
5)試管中的白磷在細(xì)沙上燃燒,實(shí)驗(yàn)后試管很容易清洗干凈。
第一步,激趣引題,自學(xué)探究
自學(xué)探究是指教師指導(dǎo)下的學(xué)生活動(dòng),是影響全局、輻射全課的重要環(huán)節(jié)。在信息社會(huì)開放式教育的條件下,教師和學(xué)生之間的關(guān)系已不再是教師“單向輸出”和學(xué)生“被動(dòng)接受”的關(guān)系,教師的角色必然轉(zhuǎn)化為既是知識(shí)的輸出者又是學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者。作為學(xué)生自主學(xué)習(xí)的引導(dǎo)者,教師應(yīng)該在學(xué)生自學(xué)探究的過(guò)程中為他們指明方向,傳授方法,關(guān)鍵時(shí)刻給予指導(dǎo)和支持。在《空氣組成》一課中,課堂伊始,教師利用簡(jiǎn)短、生動(dòng)的語(yǔ)言向同學(xué)們介紹舍勒、普利斯特里和拉瓦錫發(fā)現(xiàn)空氣組成的化學(xué)史,在短短一兩分鐘里,吸引學(xué)生注意力,調(diào)動(dòng)學(xué)生的情緒,打動(dòng)學(xué)生的心靈,形成良好的課堂氛圍,為學(xué)生指出讀書的方法和閱讀重點(diǎn)后讓學(xué)生閱讀。學(xué)生在5分鐘時(shí)間內(nèi)讀書自學(xué),不但可以熟悉教材,而且可以在讀中感知、在讀中感悟,將學(xué)、思、疑、問(wèn)連接起來(lái)。自學(xué)完成后,學(xué)生會(huì)提出很多問(wèn)題,如:為什么今天我們不用拉瓦錫分解氧化汞的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證空氣中氧氣含量?為什么要用紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證空氣中氧氣含量?可不可以選用其他物質(zhì)的燃燒來(lái)驗(yàn)證空氣中氧氣含量?紅磷燃燒之后,水為什么就進(jìn)入集氣瓶?紅磷燃燒時(shí)什么樣?(因剛學(xué)化學(xué),學(xué)生還不習(xí)慣于用“實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”一詞)等問(wèn)題,有些問(wèn)題生生之間可以互相解答,解答不了的問(wèn)題,我告訴學(xué)生不能等老師告訴你們,你們要像科學(xué)家一樣自己進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
第二步,引導(dǎo)點(diǎn)撥,實(shí)驗(yàn)探究
初中階段的各類化學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生都極具誘惑力,充分利用實(shí)驗(yàn),對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)是極有價(jià)值的。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,既要重視技能訓(xùn)練的同時(shí),還要重視創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。如果將書本中的一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)改成探索性實(shí)驗(yàn),將激發(fā)學(xué)生求知、探究的欲望,培養(yǎng)他們自我發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。
在這一課中,為了解決是否其他物質(zhì)燃燒也可測(cè)定空氣中氧氣的含量這一問(wèn)題,我給了學(xué)生紅磷、木炭、鐵、硫四種物質(zhì),在他們自學(xué)的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)他們做了類似于紅磷燃燒的四個(gè)實(shí)驗(yàn)。學(xué)生自己看到了實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,得出結(jié)論:鐵在空氣中不燃燒,木炭、硫能燃燒,但無(wú)法測(cè)定空氣中氧氣的含量,只有紅磷燃燒才能驗(yàn)證空氣中氧氣的含量。實(shí)驗(yàn)本身又給學(xué)生增加了繼續(xù)探究的樂(lè)趣和動(dòng)力。他們不免又要問(wèn):“為什么只有紅磷能測(cè)定空氣中氧氣的含量?而且測(cè)定的結(jié)果為什么會(huì)少于五分之一呢?”這些問(wèn)題中有的不屬于這節(jié)課的內(nèi)容,可以給學(xué)生留一些懸念,由此調(diào)動(dòng)學(xué)生的胃口,對(duì)后面的學(xué)習(xí)又增添了新的樂(lè)趣。
第三步,解疑導(dǎo)撥,合作探究
學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題,同時(shí)又在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。在這一環(huán)節(jié)中,教師可以先用幾分鐘把解決不了的問(wèn)題進(jìn)行一下綜合,然后讓學(xué)生進(jìn)行合作探究。形式可采取:生生討論探究、小組討論探究、整班集體討論探究(包括師生間互相探究)。通過(guò)對(duì)話、爭(zhēng)論、答辯等方式,發(fā)揮學(xué)生的探究?jī)?yōu)勢(shì),利用他們集思廣益、思維互補(bǔ)、思路開闊、分析透徹、各抒己見的特點(diǎn),使問(wèn)題的結(jié)論更清楚、更準(zhǔn)確。教師要做到眼觀六路、耳聽八方,隨時(shí)引導(dǎo),點(diǎn)撥學(xué)生共同解決問(wèn)題。在《空氣組成》一課中,主要采用同桌生生討論探究和整班集體討論探究的方式,經(jīng)過(guò)合作討論探究,在這一課中學(xué)生充分理解了“為什么水會(huì)進(jìn)入集氣瓶?為什么只能用紅磷燃燒來(lái)驗(yàn)證空氣的組成?為什么進(jìn)入的水小于集氣瓶體積的五分之一?”等問(wèn)題。
第四步,激勵(lì)評(píng)價(jià),引申探究
問(wèn)題解決之后,教師還應(yīng)該以問(wèn)題解決活動(dòng)為基礎(chǔ),有意識(shí)地指導(dǎo)學(xué)生對(duì)活動(dòng)進(jìn)行反思概括,進(jìn)行反省性提煉整合。同時(shí),對(duì)學(xué)生的積極主動(dòng)學(xué)習(xí)和探究給予充分的肯定和表?yè)P(yáng)。反思概括具有以下意義:(1)將新知識(shí)和原有的理解聯(lián)系起來(lái),有意識(shí)地提煉出概括性的知識(shí),防止知識(shí)變成惰性的,過(guò)于受情境限制;(2)理解如何應(yīng)用不同的方法、策略解決問(wèn)題。對(duì)學(xué)生進(jìn)行適當(dāng)?shù)谋頁(yè)P(yáng)和鼓勵(lì),有利于提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性。對(duì)于知識(shí)的引申,教師可以提出一些有深度的問(wèn)題,這些問(wèn)題當(dāng)堂解決不了,可以留在課下讓學(xué)生思考。如本節(jié)課教師先將知識(shí)加以總結(jié)和歸納,得出結(jié)論:(1)紅磷燃燒的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象;(2)空氣中氧氣的含量。然后再進(jìn)一步引申到空氣中所含成分及各成分的體積分?jǐn)?shù)及混合物、純凈物等知識(shí)上,最后再引申出一些討論性問(wèn)題和習(xí)題,進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。