測定帶火星木條復燃的氧氣濃度的實驗改進

姜小爭

測定帶火星木條復燃的氧氣濃度的實驗改進

姜小爭

（南通市第一初級中學 江蘇 南通 226000）

帶火星木條復燃的瞬間容器內溫度驟升，運用數字化探究儀器氧氣濃度探頭、溫度探頭于實驗中，溫度探頭會采集到溫度突變的數據，此刻氧氣濃度探頭采集到的數據即為帶火星木條復燃的氧氣濃度。

數字化實驗;操作簡單;數據準確;可行性強;實驗探究

化學實驗教學是實施全面化學教育的一種最有效的形式。化學實驗特有的生動性，會使初中學生很感興趣，但只是層次較低的感知興趣和操作興趣，況且初中的學生實驗并不多，再加上越來越多的書面習題，他們逐漸感到枯燥乏味，也漸漸喪失了學習化學的熱情。因此我嘗試從習題中找尋實驗點，優化設計實驗方案并改進，使實驗教學與探究學習相結合，充分發揮實驗的探究功能，讓學生獲得知識，學到技能，受到科學方法、科學思維的訓練，養成科學精神。

一、實驗改進的設計意圖

我改進的實驗“測定帶火星木條復燃的氧氣濃度”就來自學生作業中的一道習題：某興趣小組同學將帶火星的木條伸入到收集滿氧氣的集氣瓶內，木條復燃，拿出木條，蓋好集氣瓶。過一會兒，再用帶火星的木條伸入瓶內，木條仍然復燃。重復以上操作，直到木條不再復燃。據此現象 你能得到的結論是 ______________。

（答案：帶火星的木條復燃與氧氣濃度有關）。“只有純氧才能使帶火星的木條復燃，木條不復燃就沒有氧氣”，學生初學化學往往會這樣想，為幫助他們走出誤區，我想通過實驗測出帶火星木條復燃的氧氣濃度，讓學生體驗到只要氧氣達到一定濃度，帶火星的木條就會復燃的事實。

二、實驗改進的過程

1.按照以往的實驗方法進行實驗（“中值法”）

第一組實驗：取5只集氣瓶，編號為①、②、③、④、⑤，分別裝入其總容積10%、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號瓶中，記錄實驗現象，在第一組實驗的基礎上又做了第二組，二組實驗的數據和現象見下表。

表1 實驗數據和現象

再根據：集氣瓶中氧氣的體積分數=收集的氧氣占容積的體積分數+瓶中空氣占容積的體積分數×21%，當收集的氧氣占容積的體積分數為35%時，可使帶火星的木條復燃，即可求得集氣瓶中氧氣體積分數約為49%。

盡管上述方法可以粗略測出帶火星木條復燃時氧氣濃度，但步驟過于繁瑣，操作不便，于是我將數字化實驗探測儀器應用于改進后的實驗，步驟簡單，操作方便，現象直觀，獲得的數據清晰、準確。

2.改進后的實驗

圖1 實驗裝置

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，氧氣探頭采集數據反映出氧氣濃度的改變，帶火星木條復燃時的瞬間就會放出大量的熱，此時溫度探頭就會采集到溫度驟升的數據，與之對應的同一時刻氧氣濃度探頭采集到的數據即為帶火星木條復燃的氧氣濃度。

圖2 實驗曲線

3.實驗操作時的注意點

為使通入的氧氣盡量和瓶中氣體混合均勻，需要控制進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，還干燥了進入的氧氣，便于木條復燃；帶火星木條需和氧氣濃度探頭放在同一水平位上，便于數據采集的準確；觀察到帶火星木條復燃后及時熄滅火焰，避免對瓶內儀器的損壞。

三、實驗改進后的反思

1.該實驗獲取氧氣濃度的方法一改過去使用的“中值法”，借助數字化實驗，簡化了操作過程，數據更加精準，可行性較強。

2.借助溫度探頭同時采集數據，可以避免僅憑肉眼觀察木條復燃的時間點與氧氣濃度采集的數據不同步，致使數據產生偏差。

3.瓶中木條一旦復燃，由于氧氣濃度較大，就會越燒越旺，不及時處理，就會出現燒毀探頭的后果，所以要及時做好“消防”準備，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，也不會引燃。

4.通過多次實驗測定，發現木條的粗細不一、干濕不同等都會影響所測數據，于是可引導學生自己動手測出不同木條復燃的氧氣濃度，甚至測出帶火星不同材質復燃的氧氣濃度，如線香、竹簽等，充分調動了學生的積極性，從而對化學學習產生極大的興趣。

5.由于實驗容器中的活動較多，通氧氣、出空氣、伸探頭（2枚）、點木條，這就要求容器的容積要大一些，實驗室中沒有大容積、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口，插入探頭和導管，雖然簡陋，但在整個處理過程中，也大大提高了自己的動手能力，享受了創作的樂趣。

通過實驗改進將化學基礎實驗進行延伸，從而探究更深層的知識，在探究過程中引導學生們常用實驗的研究技巧，在提高實驗課程教學效果的同時，也提高了學生實驗探究的能力和學習素質。

1008-0546（2017）10-0092-02

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.032