對探究空氣成分實驗的思考與改進

陸益鋒

摘要：華師大版科學教材上的“探究空氣的成分”活動，雖儀器簡單、操作簡單、現象也明顯，但存在會污染環境、測量誤差大、可視性不高等問題。為此，筆者另加了鐵架臺、針筒、紅墨水、電阻絲、學生電源、電流表等一些實驗室常用的器材，采用針筒內水量的變化與原等份法一起測量、點燃方式改為“電阻絲通電的內引燃”、實驗前后保持針筒內液面與集氣瓶內液面相平、集氣瓶倒置的狀態下使用紅墨水染色后的水能形成噴泉現象等方面進行了改進，減小了實驗誤差更具有說服力，同時使該實驗更好的激發了學生的興致。

關鍵詞：空氣的成分;實驗;改進

華師大版（2012）七年級科學下冊P52，第二章第2節《空氣的成分》中“探究空氣的成分實驗”（如圖1），在實際的操作過程中發現該實驗存在以下缺陷：（1）集氣瓶的容積很難平分成5等份，會影響實驗結果;（2）紅磷在酒精燈火焰上點燃，產生有毒物質P2O5會污染大氣及威脅到實驗者與觀察者;（3）將點燃的紅磷送入集氣瓶的過程中，會使一部分瓶內的空氣逸出，影響實驗結果的可靠性和說服力;（4）要立即塞緊橡皮塞，裝置的氣密性可能很難保證;（5）導管中空氣等打開止水夾時會被壓入瓶內，會導致測量結果變小;（6）因為要等冷卻后，再打開止水夾，試驗時間長;（7）當燒杯中的水不再沿導管進入瓶中時，導管內會存在一段水柱，這樣會使瓶內剩余氣體的壓強小于燃燒前瓶內空氣壓強（等于外界大氣壓），即剩余空氣處于膨脹狀態，使測量結果變小;（8）整個實驗的可視度、觀賞性與震撼程度稍欠火候。

為此，針對實驗中碰到的問題，我通過查閱大量資料與反復試驗后做了以下改進：（1）采用針筒內水量的變化與原等份法一起測量，增強說服力;（2）點燃方式改為“電阻絲通電的內引燃”這樣避免了有毒的P2O5飄散到空氣中，同時也避免了瓶內的空氣跑出和保障了裝置的氣密性;（3）實驗開始前，在導管中灌滿水，避免原導管中空氣對實驗的影響;（4）在瓶底上方放一團濕棉球，起到冷卻作用，進而縮短了實驗的時間;（5）冷卻后打開止水夾，當水不再進入瓶內時，將針筒升到一定高度，使針筒內液面與集氣瓶內液面相平。即使燃燒前后的瓶內氣壓不變。（6）集氣瓶倒置的狀態下，用紅墨水染色后的水能形成噴泉現象，易于觀察，增加可視度。

一、實驗的原理

磷燃燒消耗瓶內氧氣，生成白色固體，冷卻后瓶內壓強小于外界大氣壓時會產生壓力差，促使液體流入容器內，及體現了等效替代的科學方法。

二、實驗器材與實物圖（如圖2）

紅磷、藥匙、燒杯、鐵架臺、鐵夾、集氣瓶、

橡皮塞、滴管、針筒、紅墨水、橡皮管、玻璃導管、

水、止水夾、燃燒匙、兩根硬鐵絲、電阻絲、學生

電源、開關、導線若干、老虎鉗、水槽、電流表等。

三、實驗步驟

1.按圖2裝好裝置，倒置的狀態下，在導管中灌滿水，并打開止水夾檢查氣密性。

2.將紅磷放在燃燒匙中，至蓋住電阻絲，將橡皮塞倒塞入集氣瓶。

3.閉合學生電源的開關。觀察集氣瓶內的變化。

4.到反應停止后，在瓶底上方放一團濕棉球，冷卻裝置至室溫。

5.打開夾子。觀察集氣瓶內變化。

6.等水不再進入瓶內時，將針筒升到一定高度，使針筒內液面與集氣瓶內液面相平。最后從瓶上的等分線可知進入集氣瓶的水體積占集氣瓶的1/5，并結合看針筒中減少的水的體積，就知道了瓶內氧氣的體積，再次得出集氣瓶空氣中氧氣的體積分數。

四、達到的效果

1.利用壓強差形成噴泉很直觀形象，激發了學生的興趣。

2.雙重數據相結合，減小了實驗誤差，更具說服力。

五、仍存在的問題及后續改進方向

1.用激光點火等多種方式，讓學生嘆為觀止。

2.嘗試利用具支試管，橡皮管和止水夾構成一個密閉的系統，用酒精燈加熱等。最終設計開發出器材簡單易操作，經濟、安全、污染少，效果好的學生實驗裝置。

參考文獻：

[1] 《科學學習中100個疑難問題》.鄭青岳等.浙江教育出版社.

[2] 《基于“輕負高效”的初中科學生活化實驗資源庫建設》.金可澤.

[3] 《從過程與方法維度重構實驗教學》王榮橋（教學與管理）2016年3月1日.