氮氣及稀有氣體的制取與收集

義務教育初中化學課程標準（2011版）指出：注意從已有的經驗出發，讓學生有更多的機會主動地體驗科學探究的過程，在知識的形成、相互聯系和應用過程中養成科學態度、學習科學方法，在“做科學”的探究實踐中培養創新精神和實踐能力。

“氮氣及稀有氣體的制取與收集”是在滬教版“探究空氣中氧氣的體積分數”實驗的基礎上，學生學習氧氣、二氧化碳的性質及其實驗室制取，有一定的實驗操作技能后的進一步拓展延伸，讓學生在實驗中鞏固已學的知識，并在已有的學習基礎及經驗上，進一步培養創新精神。

圖1在“探究空氣中氧氣的含量測定”實驗（如圖1）中，要注意引導學生觀察實驗現象，體會從實驗事實導出結論的思維過程。實驗中可以觀察到紅磷燃燒，產生大量的白煙，放出大量熱；打開彈簧夾后，燒杯中的水沿導氣管進入集氣瓶中，約占集氣瓶內空間的1/5。通過實驗得知，空氣中氧氣的體積約占1/5。實驗時，燃燒匙里要盛入過量的紅磷。紅磷要過量，以使瓶中密封的氧氣反應完全，使測得氧氣的體積更接近空氣中氧氣的實際體積。這個實驗還可推論出氮氣不能燃燒也不支持燃燒；集氣瓶內水面上升一定高度后，不能繼續上升，又可以說明瓶內的氮氣、稀有氣體不易溶于水。在學生學習“氧氣及二氧化碳的性質及制取”后，可讓學生探究如何制取氮氣與稀有氣體。

首先，提出問題。教師可以提出以下幾個問題引導學生探討：能否把瓶內的氮氣與稀有氣體收集到集氣瓶中？廣口瓶內少量的二氧化碳如何被除去從而制得較純的氮氣及稀有氣體？如何把廣口瓶內的剩余氣體“趕”出來？用什么方法收集這些氣體？

其次，分析解決問題。讓學生充分思考及小組交流討論，從已學的二氧化碳內容很容易知道：只要把燒杯中的水改為澄清的石灰水，就可除去廣口瓶內少量的二氧化碳；可利用瓶內的剩余氣體不溶于水的特點，往廣口瓶內注入水，利用瓶內的液面上升，便可把上部氣體（氮氣及稀有氣體）排出；至于氣體的收集，學生可以聯系已學過的氧氣、二氧化碳的實驗室制取及收集方法，用排水法進行收集。

然后，探討對實驗裝置的改進。探究空氣中氧氣的體積分數”的實驗完成后，為了不讓外界空氣進入到廣口瓶內，應在塞緊廣口瓶的橡皮塞上插入一支注滿水的大注射器，或預先在橡皮塞上再打一孔，裝上帶橡皮管的玻璃管（在做“探究空氣中氧氣的體積分數”的實驗時，橡皮管要用止水夾夾住，防止與外界相通；完成“探究空氣中氧氣的體積分數”的實驗后，再連接上帶有單孔橡皮塞的裝滿水的礦泉水瓶，通過擠壓礦泉水瓶，往廣口瓶內注水）；完成“探究空氣中氧氣的體積分數”的實驗后，撤去圖1右側的燒杯及玻璃導管，改用排水法收集瓶內的氣體。

教師與學生一起整理該實驗的步驟：1.檢查裝置的氣密性；2.夾緊止水夾，做“探究空氣中氧氣的體積分數”的實驗；3.夾緊兩個止水夾，連接上裝滿水的礦泉水瓶（用注射器不必此步驟）和排水收集氣體的裝置；4.擠壓礦泉水瓶（或推壓注射器活塞），收集氮氣及稀有氣體；5.探究所制得的氣體的一些化學性質（如：與鎂、木炭能否反應）。

以上是對上教版“探究空氣中氧氣的體積分數”的分析、拓展與實踐，通過學生學過的實驗知識，引導學生對實驗結果進行再分析，探究發現新知識，培養思維的深度和廣度。通過該實驗，增強學生的實驗操作技能，培養學生良好的動手能力。

新課程標準中對構建學生學科的情感體系提出了要求，對開展探究性教學、關注自然與社會、關注人與自然的和諧發展、關注人文精神提出了要求。窺視近幾年的中考試題，探究、創新和綜合類的具有“化學味”的化學實驗題備受關注，成為命題的新亮點。以“探究空氣中氧氣的體積分數”為知識背景，進一步開展多維探究的化學實驗題也是其中的一類常見試題。為此，我們應讓學生熟知“測定空氣中氧氣的體積分數”的實驗原理，從而有效解答相關實驗題。

（責任編輯 羅 艷）