氧传感器在高中化学实验中的应用

顾海文

摘 要：实验是高中化学的重要组成，在化学教学中，教师应当充分发挥化学实验的重要性，在实验中启发学生的探究思维，将知识学习融入到化学实验之中，在实验步骤中，完善对于理论知识的验证，提升学生的实践应用能力，在高中实验中，利用传感器的灵敏高效的特点，作为辅助实验教学，可以有效发挥其测量的优势，完成传统教学中无法做到的实验。

关键词：氧传感器;高中化学;应用研究;数字化实验

引言：

传感器是数字化实验的核心组成，氧传感器简单来说就是利用电极在不同的氧气浓度测试中产生微弱的电流，并将电流的数值大小转化为氧气浓度的数值，这样在化学实验中可以得到直观的展示认知，从而加深学生对于实验的理解，在教学中教师可以根据实验的不同，选择不同的传感器进行实验。

一、探究实验室制取氧气的收集时间和验纯方法

排水法是制取氧气常用的收集方法，当导管口冒出气泡作为氧气收集时间的最佳时机，但是氧气传感器在实验中的应用可以让学生直观的了解，实验中制取氧气和验纯的最佳方法，根据氧气传感器对实验进行设计和优化，在实验中培养学生科学探究思辨的精神，以高锰酸钾加热法制取氧气的过程中，在气泡连续均匀冒出的时候，采用氧气传感器进行测量氧气的浓度仅仅只有28.7%，氧气浓度明显不高，通过氧气传感器可以得知，氧气收集的时间应该在实验现象发生的30秒之后，在实验中，用带火星的木条进行氧气的检验，依然可以做到木条的复燃，但是根据氧气传感器实验不同浓度的氧气中木条复燃的情况，氧气浓度在36%可以让木条复燃，以带火星的木条去检验氧气的浓度仅仅只是大略的测估，而氧气传感器在实验中运用，可以有效地让学生通过真实的数值，进行深入的研究，培养学生科学严谨的实践实验精神[1]。

二、探究Fe（OH）2容易被氧化的原因

在实验的过程中，首先应该理解Fe（OH）2被氧化是氧气的作用，为了保存Fe（OH）2使用了多种的化学还原剂，即使是有还原剂的情况下，Fe（OH）2依然还是被氧化了，在制取Fe（OH）2时，灰白色沉淀变成了灰绿色，最终成为了红褐色，教师往往会说这种红褐色的物质就是Fe（OH）3，但是学生很难理解，为什么FeSO4能存在，为什么Fe（OH）2就很容易被氧化，教师可以提出假设，是溶液中的溶解氧造成了这种反应的发生，教师可以利用氧气传感器测量氧气的含量，利用溶解氧传感器测量溶液中的氧气含量，利用溶解氧传感器可以明显看到Fe（OH）2溶液中氧气含量的变化，随着反应的进行，连续测定Fe（OH）2溶液中溶解氧数值在不断的减小，溶解氧和上方空气的氧气含量都在不断的减少，从而证明了Fe（OH）2的制取过程中物质颜色的变化，是溶解氧和空气共同有氧化的结果，通过实验设计，可以将宏观的知识概念变得可视化，直观化，通过数字化实验对于背后化学规律的探究，让学生能够产生直观的理解认知。

三、探究暖宝宝的发热原理

暖宝宝的成分中有铁粉，碳粉，水，氯化钠等等组成，当我们撕开保护膜的时候，空气中的氧气是否参与到了发热过程中，对此我们对暖宝宝的发热过程，可以通过实验进行探究，我们将暖宝宝的成分导入到三颈烧杯中，同时通过常量氧传感器进行氧气的检测和温度计进行温度测量，随着现象发生，可以看到氧气的含量在不断的减少，而温度在不断的上升，根据这样的情况暖宝宝的发热需要氧气的参与，暖宝宝的反应原理则是，当去掉外袋后，内袋暴露在空气里，空气中的氧气通过透气膜进入里面。放热的时间和温度就是通过透气膜的透氧速率进行控制的，利用原电池加快氧化反应速度，将化学能转变为热能，通过常量氧传感器和温度计可以明显看到暖宝宝在反应过程中，氧气数值的直观变化和温度的上升。

四、探究过氧化钠与二氧化碳的反应

很多人觉得过氧化钠只有和湿润的二氧化碳才能反應生成碳酸钠和氧气，对此我们可以进行两种探究，过氧化钠和二氧化碳的反应到底是怎么样的，首先是过氧化钠和潮湿的二氧化碳反应，将潮湿的二氧化碳气体通入到三颈烧杯中，在瓶颈口分别插入湿度传感器和二氧化碳传感器，进行数据的采集，可以看到二氧化碳浓度和相对湿度都在不断的下降，生成白色的盐酸纳，触摸容器温度略有上升，该反应为放热反应。随后进行干燥的二氧化碳和过氧化钠的反应，三颈烧瓶的底部放入无水硫酸钙，并将产生的干燥二氧化碳气体通入三颈烧瓶片刻，迅速在三颈烧瓶的瓶颈口分别插入湿度传感器、二氧化碳传感器，待二氧化碳浓度稳定后，用铁丝戳破装有过氧化钠的塑料袋，使过氧化钠和二氧化碳进行充分反应之后，进行数据采集，在数据和反应现象的观察中，可以看出过氧化钠和干燥的二氧化碳以可以反应生成碳酸钠和氧气，通过氧气传感器检测反应过程中的氧气生成，并通过氧气传感器进行显示，感受到反应的直观变化。

五、结束语

在高中化学的实验中，通过氧传感器在化学实验中的引用，可以有助于学生的直观理解认知，开发更多的高中化学数字化实验，在实验应用的过程中和知识学习形成优势互补，促进学生的知识实践应用能力。

参考文献

[1] 王磊，魏锐. 学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017年版）》解读[J]. 化学教育，2018，39（9）：48-53.

基金项目：江苏省教育科学“十三五”规划2018年度普教重点资助课题“基于现代分析技术的高中化学拓展课程实践研究”的研究成果（立项编号：B—a/2018/02/60）