初中化学氧气性质实验装置改进探究

◎    云南省大理市海东中学  李璐

摘要：对教材四个经典的演示实验进行了分析，实验中通过带火星的木条复燃、硫、木炭、铁丝在氧气中的燃烧现象来探究氧气的化学性质。实验的趣味性非常强，做好这几个实验有利于大大提高学生学习化学的兴趣，有利于启发学生的思维，是几个非常重要的实验。对教材中存在的不足提出了改进意见及方法，实践证明所提出的改进方法节约时间，连续性好，趣味性强。

关键词：氧气化学性质；实验；装置改进

《氧气》是人教版化学实验教科书九年级上册第二单元课题二的教学内容，是学生在初中化学学习中系统地认识具体物质及其变化规律的开始，从生活中常见的各种现象出发，揭示其化学本质，为生活中的常见现象提供科学的解释，为以后化学的学习打下基础,起到承上启下的作用。本课题教学安排了四个经典的演示实验来探究氧气的性质，实验中通过带火星的木条复燃、硫、木炭、铁丝在氧气中的燃烧现象来探究氧气的性质。实验的趣味性非常强，做好这几个实验有利于大大提高学生学习化学的兴趣，有利于启发学生的思维，是几个非常重要的实验。学生在初中生物课中就认识了氧气，知道了氧气的存在和氧气能供给呼吸。经过课题1《空气》的学习，学生对氧气的存在有了进一步认识，从心理上和知识背景上都具备了学习本课题的条件，但学生对氧气的物理性质和化学性质缺乏系统了解。通过第一单元的学习，学生已具备了理性分析判断能力，并且对于氧气这种在日常生活中息息相关但又显得神秘的物质，充满了浓厚的学习兴趣。

一、实验内容

氧气能使带火星木条复燃；铁丝在氧气中燃烧火星四射生成黑色固体(不能在空气中燃烧)；木炭在氧气中燃烧发出白光生成使澄清石灰水变浑浊的气体；硫在氧气中燃烧发出蓝紫色火焰。

教材原实验如下（图1至图4）：事先用四个集气瓶收集四瓶氧气，通过带火星的木条复燃、硫、木炭、铁丝在氧气中的燃烧现象来探究氧气的化学性质。铁丝在氧气中燃烧原实验步骤：在螺旋状的细铁丝末端系上火柴梗，用坩埚钳夹住铁丝点燃火柴梗，至其快燃尽时伸入充满氧气且瓶底有少量水的集气瓶中。

图1带火星的木条复燃       图2铁丝燃烧

图3   木炭燃烧

图4  硫燃烧

二、提出问题

教材原实验不足之处：

按照教材设计的实验方案在实践中往往存在以下困难：第一，氧气的性质实验较多(4个)，需要的器材比较繁杂，耗时较长；第二，老师们要进行多个班级的教学，气体制备量较大，仪器药品较多增加老师的负担；第三，实验的连续性较差，不便于学生的对比和观察;第四，铁丝与氧气的反应难度大成功率不高。在铁丝与氧气的反应中一是对氧气浓度要求高，二是对火柴梗燃烧的程度难以把握。当把点燃的系有火柴梗的铁丝伸入充满氧气的集气瓶中时，如果火柴梗过长，会看不到火星四射的现象；只能看到火柴梗在氧气中燃烧的现象。如果火柴梗过短，由于红热的铁丝冷却很快，也看不到铁丝在氧气中燃烧的现象。三是高温熔融物溅落在集气瓶内壁，容易使集气瓶炸裂。

三、研究方案的整体设计

（一）实验方法设计

针对以上问题，我在教学中进行了第一个优化：化繁为简，将多个性质演示实验整合为一套连续的装置，氧气可以源源不断的供给，四个实验在同一个硬质塑料瓶中完成，改为一体化装置。塑料瓶底放澄清石灰水即可用来验证产物二氧化碳和吸收二氧化硫，还可防止铁丝燃烧产生的高温熔融物掉落烫坏塑料瓶，同时塑料瓶用一个盖子盖上，既可防止产生的SO₂逸出又可避免SO₂造成空气污染。考虑到铁丝的剧烈燃烧对氧气的量要求较高，氧气量不够，现象不明显看不到火星四射；另一方面用8%过氧化氢溶液和二氧化锰粉末混合用一套能够控制反应速率和随用随停的气体发生装置，于是进行了第二个优化：用分液漏斗和抽滤瓶作为反应的发生装置。第三个优化:改变教材实验顺序。先检验氧气，第二做铁丝燃烧(因铁丝燃烧实验对氧气浓度要求高)，第三做木炭的燃烧，最后做硫的燃烧，盖上盖子结束试验(因硫燃烧产生的二氧化硫会污染空气所以必须把此实验放在最后).第四个优化，在用8%过氧化氢溶液和二氧化锰来制取氧气会产生白雾，为了不给学生误导认为“氧气是白色的”我在中间加了一个洗气装置，集气瓶中装水以除去产生的白雾。

（二）改进如下：

1.仪  器：抽滤瓶、分液漏斗、集气瓶、长导管一根，硬质塑料瓶一个、坩埚钳等。

2.药  品：铁丝、无水酒精、棉花、硫、木炭、澄清石灰水等。

3.细节处理：塑料瓶上部用一根细铁丝在酒精灯上烧红，烙两个小孔横放一根细铁丝；在距瓶底四厘米左右的地方用玻璃导管烧红烙一个小孔让玻璃导管插入塑料瓶，为了防止漏气在玻璃管上套一小段乳胶管再用凡士林涂一圈防止漏气，确保整套装置的气密性良好；用铁丝做一个S型挂钩挂在塑料瓶中的铁丝上用于做铁丝燃烧实验。

（三）实验步骤：

1.先连接仪器，检查装置的气密性；

2.抽滤瓶中加二氧化锰，分液漏斗中装过氧化氢溶液，塑料瓶中放澄清石灰水；

3.事先将已准备好的铁丝(铁丝上米粒大的一点棉花，滴一滴无水酒精）用S型挂钩勾住，挂在塑料瓶中盖上盖子，然后打开分液漏斗开关估计15秒后用带火星的木条放在瓶口，目的是检验产生的气体是否能使带火星的木条复燃同时检验氧气的浓度，这时迅速把带火星的木条，再次伸入塑料瓶中靠近棉花燃烧引燃铁丝，观察实验现象，然后再依次做木炭燃烧和硫燃烧。

本实验成功的关键：1.气密性好；2.氧气浓度要够；3.棉花不能

放多；4.放铁丝的位置刚好在排气孔处，且铁丝不要绕太紧。

四、装置改进后优点：

（一）操作方便，实验的连续性较好。把制取氧气和检验氧气化学性质的实验结合在一起，利用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气，为四个性质实验提供充足的氧气，这样既能减少携带多瓶氧气的麻烦，也增强了实验的连续性。所用仪器都是中学化学实验室中常用的仪器，材料易得，实用性强，操作方便，既可以用于教师的演示实验，也可用于学生的分组实验。可为学生当堂提供动手实验的机会，激发学生学习化学的热情。

（二）现象明显，便于观察。氧气充足，提高了实验的成功率，特别是在铁丝的燃烧实验中现象非常明显，四个实验在一套装置里完成有利于对比观察不同物质在氧气中燃烧的现象，每个实验都可以重复多次，让学生在描述现象时更加准确。

（三）节约药品。通过分液漏斗上的活塞可控制实验的进程，既能做到随用随停，又能达到不浪费药品的目的。

（四）安全、环保。在实验中，更改了实验顺序，把硫的燃烧实验放在最后完成，让产生的二氧化硫溶解在石灰水中，对有害气体进行了处理，真正体现了绿色化学的理念。同时塑料瓶中的石灰水既能检验木条燃烧时产生的气体、吸收二氧化硫，还能防止铁丝燃烧的生成物溅落炸裂瓶底，起到一举多得的作用。

五、装置改进的价值意义

改进后的实验装置易让学生通过实验探究氧气的化学性质，达到教学目的，实验的改进还激发了学生浓厚的学习兴趣和创新欲望，让学生懂得学习不能死搬硬套，多用心、多动脑就会发现许多既简单又实用的好方法；同时培养了学生“透过现象看本质”的科学态度，也增强了学生的环保意识。

参考文献

[1]义务教育教科书化学九年级上册[M].人民教育出版社，2017.

[2]陈小芳.探究H₂O₂分解制O₂[J].http://www.doc88.com，2014-04-11.

[3]刘荣梅，丁玉洁，吴之传.过氧化氢催化分解实验方法的改进[J].滁州学院学报，2011（05）.