某研究性學(xué)習小組設(shè)計了如圖所示的定量測定裝置其

1、對“探究空氣中氧氣的體積分數(shù)”試題的分析、反思與實踐新的課程標準（化學(xué)）中對構(gòu)建學(xué)生學(xué)科的情感體系提出了要求，對開展探究性教學(xué)、關(guān)注自然與社會，關(guān)注人與自然的和諧發(fā)展、關(guān)注人文精神提出了要求。窺視近幾年的中考試題，創(chuàng)新和綜合類的具有“化學(xué)味”的化學(xué)實驗題將被受關(guān)注，成為了命題的新亮點。以“探究空氣中氧氣的體積分數(shù)”為知識背景開展多維探究的化學(xué)實驗題就是其中的一類試題。如：例題：（2004年無錫市中考題第37題）某研究性學(xué)習小組設(shè)計了如下圖所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數(shù)，其中A是底面積為50cm2、高20 cm的圓筒狀玻璃容器(帶密封蓋)，上面標有以cm為單位的刻度，B是帶刻度的敞口玻璃管

2、(其他輔助裝置略)。他們的操作過程如下：a檢查裝置的氣密性；b加入水并調(diào)整B的高度，使A中的液面至刻度15 cm處；c將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上，蓋緊密封蓋；d通電加熱銅粉，待充分反應(yīng)后，冷卻到原來的狀況，調(diào)整B的高度使容器A、B中的液面保持水平，記錄液面刻度。(注：A容器內(nèi)固態(tài)物質(zhì)所占的體積忽略不計)（1）在操作a中檢查裝置氣密性的方法是 。（2）在上述實驗中，下列物質(zhì)不能代替銅粉的是 (填字母)。 A紅磷 B木炭 C鐵粉（3）在操作d結(jié)束時，裝置A中液面的刻度約為 cm(填整數(shù))。如果在操作d結(jié)束時，裝置A中液面刻度在11cm處，則實驗結(jié)果比理論值 (填“偏大”或“偏小”)。（4）該小

3、組中有同學(xué)提出，用木炭代替銅粉也能測定空氣中氧氣的體積分數(shù)，只要將水換成一種溶液，則該溶液是 ，其原因是(用化學(xué)方程式表示) 。分析：本題以“探究空氣中氧氣的含量”為知識背景，要求學(xué)生能把自己所學(xué)的化學(xué)知識進行遷移，重新選擇實驗裝置和實驗藥品。本題測定空氣中氧氣含量的實驗原理是通過加熱銅粉消耗A容器中的氧氣，使A中的氣壓降低，從而通過計算倒吸水的體積來確定空氣中氧氣的體積分數(shù)。問題（1）考查的是學(xué)生能否靈活運用“氣壓差原理”對裝置氣密性進行檢查，很多考生在解答該題時由于沒有掌握原理，所以無從下手或表達不清；問題（2）通過紅磷、木炭和鐵粉與氧氣反應(yīng)，間接考查了選擇替代“銅粉”的物質(zhì)所應(yīng)具備的條件

4、就是與氧氣反應(yīng)后不能產(chǎn)生氣體；而且問題（4）緊接著讓學(xué)生產(chǎn)生與問題（2）不相符的認知沖突，從實驗的另一角度展開討論，突出了試題的發(fā)散性和創(chuàng)新性；解題時要想木炭燃燒會產(chǎn)生CO2，要使裝置內(nèi)外產(chǎn)生壓強差使液體倒吸，必須要用一種能吸收CO2氣體的溶液來替代水。問題（3）則主要考查學(xué)生靈活運用基礎(chǔ)知識的能力，把“氧氣在空氣中的體積分數(shù)約為1/5”用于實際解題中，并能進行仔細謹慎地分析。不過在本題中需要注意的是要確保實驗的準確性，在測定過程中為了使A容器內(nèi)的氣壓與外界大氣壓一致，在實驗前后必須都要調(diào)整A、B中的液面保持水平。答案：（1）往B中加水，使A、B液面保持水平，蓋緊A的密封蓋，再向B中加水，使B

5、中的液面高于A，一段時間后B中液面不下降，則氣密性好。（或往B中加水，使A、B液面保持水平，蓋緊A的密封蓋，再用手捂住A的外壁，若B中的液面上升，則氣密性好。） （2）B （3）12 偏大 （4）NaOH 2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O反思：結(jié)合對上題的思考和自己的實踐，筆者認為要能正確解答出以“探究空氣中氧氣的體積分數(shù)”為知識背景開展多維探究的化學(xué)實驗題，需要把握住以下幾個知識要點：1 仔細審題，明確題目中“測定空氣中氧氣的體積分數(shù)”的實驗原理。（該原理主要是在某密閉容器內(nèi)通過加熱或燃燒某種可燃物，消耗容器內(nèi)的氧氣，使密閉體系內(nèi)的氣壓降低，然后在容器內(nèi)外氣壓差的作用下，引起實驗過程

6、中的其它一些現(xiàn)象（水倒吸或活塞移動等），再根據(jù)現(xiàn)象得出結(jié)論。）2 該類題中裝置氣密性的檢查原理通常就是“氣壓差”原理，即以一些手段增大密閉體系內(nèi)的氣壓后，通過觀察某種實驗現(xiàn)象來確定裝置氣密性的良好。3 該實驗中對可燃物的要求是燃燒后不能產(chǎn)生氣體；但如果有氣體產(chǎn)生，實驗過程中必須要選擇試劑來除去氣體，以免造成氣壓差的減小而影響實驗結(jié)果。4 熟記在通常狀況下空氣中氧氣的體積分數(shù)是21%（或約為1/5）的結(jié)論，并且在解題中要能靈活地運用。5 以教材出現(xiàn)的“空氣中氧氣體積含量的測定”實驗（上教版）為準，在實驗過程中，實際測定的氧氣在空氣中的體積分數(shù)大于1/5的主要原因是沒有將燃著的紅磷迅速伸入集氣瓶內(nèi)

7、，造成瓶內(nèi)的空氣因受熱膨脹而從瓶口外逸，使瓶內(nèi)的氣壓減??；實際測定的氧氣在空氣中的體積分數(shù)小于1/5的主要原因是裝置漏氣、紅磷的量不足（氧氣沒有消耗完）、瓶沒有冷卻到室溫（溫度高，瓶內(nèi)的氣壓比室溫下的氣壓高）。只有掌握了上述空氣中氧氣體積分數(shù)與理論值偏差的基本原因，才能在不同的實驗情境中靈活地分析相應(yīng)情境下氧氣體積分數(shù)測定的影響因素。實踐：根據(jù)新課標的要求，筆者針對這類題，設(shè)計了如下兩道類似的題，希望能給讀者一定的指導(dǎo)和啟示。1 某研究性學(xué)習小組設(shè)計了如下右圖所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數(shù)，其中A是標有以cm為單位的刻度、且在0刻度正上方有一圓狀缺口的圓筒狀玻璃容器（帶橡皮塞B），C為能

8、自由移動的活塞。他們操作過程如下： a檢查裝置的氣密性；b將兩個可自由移動的活塞C分別調(diào)整到左右兩邊刻度的10cm處；c將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上，塞上橡皮塞B；d通電加熱銅粉，待充分反應(yīng)后，冷卻到原來的狀況。記錄兩活塞C之間的距離為h。e根據(jù)數(shù)據(jù)h列出公式，計算空氣中氧氣的體積分數(shù)。（注：A容器內(nèi)的固態(tài)物質(zhì)、惰性電熱板、活塞部分所占體積忽略不計，活塞與玻璃容器之間的摩擦力也忽略不計）（1）檢查裝置氣密性的方法是分別移動兩活塞C到左右兩邊刻度為10cm處，塞緊橡皮塞B，雙手將兩活塞C向里推，使活塞之間的距離縮小，然后松手，活塞向外移動，直到兩活塞C的距離為_cm時停止移動，說明裝置氣密性好

9、。 （2）bd的實驗步驟中兩活塞之間的距離h具體變化情況是_。 （3）空氣中氧氣的體積分數(shù)的計算公式（含字母h）為_。 （4）如果在操作d中惰性電熱板沒有冷卻到原來溫度，則e操作中計算出的實驗結(jié)果比理論值偏_（“大”或“小”）。2 某?；瘜W(xué)研究性學(xué)習小組在學(xué)習了“空氣中氧氣含量測定”的基礎(chǔ)上，改進了教材中的實驗，設(shè)計出了如右圖所示的實驗裝置。實驗步驟如下：如圖所示，連接儀器，檢查裝置的氣密性。發(fā)現(xiàn)裝置的氣密性良好。在集氣瓶里裝進適量a 體積的水，燃燒匙里放一塊白磷（其著火點是40），并在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，按圖示裝置把集氣瓶中的空氣密封起來，把長導(dǎo)管的另一端放入盛有足量水的燒杯中。（注：

10、集氣瓶內(nèi)的長導(dǎo)管已伸到了瓶底）用力把預(yù)先加熱過的玻璃棒按下與白磷接觸，觀察到白磷立即著火燃燒，產(chǎn)生大量白煙，同時放出大量的熱。（注：白磷與紅磷燃燒的產(chǎn)物相同）待白磷燃燒熄滅后，稍加振蕩，白煙消失。待集氣瓶完全冷卻至室溫，量出集氣瓶中水的體積是b，整個集氣瓶的體積是c。根據(jù)a、b、c三個數(shù)據(jù)，計算出空氣中氧氣的體積分數(shù)。根據(jù)以上信息，回答下列問題。（1）在白磷開始燃燒到最后熄滅的過程中，集氣瓶內(nèi)水面的變化情況是_。（2）若實驗非常成功，請寫出a、b、c三個數(shù)據(jù)應(yīng)滿足的一個等式關(guān)系式：_。（3）組內(nèi)成員小葛為了證明實驗完成后的集氣瓶內(nèi)是否還有氧氣剩余，他沒有利用其它的儀器和藥品，仍是利用了上述實驗

11、涉及的儀器和藥品，設(shè)計了一個實驗，最后得出了瓶內(nèi)一定沒有氧氣剩余的結(jié)論。你知道他是如何實驗的嗎？寫出簡要的實驗步驟和實驗現(xiàn)象。實驗步驟實驗現(xiàn)象（4）組內(nèi)成員小張對“實驗前集氣瓶里要裝進適量a 體積的水”非常不理解。咨詢了組長小明之后，他終于明白“a 體積的水”的作用，其一是為了加快步驟中集氣瓶的冷卻速度；其二則主要是_。（5）組內(nèi)成員小杭性格好動，無意間他發(fā)現(xiàn)向步驟集氣瓶內(nèi)的水中滴加幾滴紫色石蕊試液，水會變紅。這一現(xiàn)象使組內(nèi)成員積極地展開了討論，成員小葛是由于二氧化碳溶于水，使溶液顯酸性而導(dǎo)致的，但小明馬上作出反對，原因是空氣中二氧化碳的含量極少，而實驗過程中又沒有產(chǎn)生二氧化碳，短時間內(nèi)不可能

12、會使溶液顯酸性。你認為誰的觀點正確？_。若你認為小明的觀點正確，那么請你對“變紅”現(xiàn)象提出大膽地猜想：_。（若你認為小葛的觀點正確，此空不填）（6）在上述實驗中，下列操作的實施和實驗現(xiàn)象的出現(xiàn)，會導(dǎo)致實驗最后產(chǎn)生的實際值大于理論值的是（ ）A裝置氣密性不好 B實驗前集氣瓶里沒有裝a 體積的水C集氣瓶沒有冷卻到室溫 D用紅磷代替白磷（紅磷的著火點在240左右）附加：上述兩道題的答案：1 （1）10 （2）h先大于20cm，后逐漸減小，直到h約等于16cm時保持不變 （3）（20h）/20×100% （4）小 2 （1）先下降后上升 （2）（ba）/（ca）=1/5或（ba）/（ca）×100%=20%（或21%）或5bc = 4a （3）實驗步驟：將實驗完后燃燒匙內(nèi)的固體放到酒精燈的火焰上實驗現(xiàn)象：產(chǎn)生大量的白煙，說明實驗后白磷過量。（4）形成液封，防止實驗過程中集氣瓶內(nèi)的氣體從長導(dǎo)管中向外逸散而影響實驗結(jié)果只寫“防止實驗結(jié)果