氧气的制取与性质实验创新

蒋丽萍 钱柳云

摘要：基于文献查阅和实践研究，对双氧水制取氧气与氧气的性质实验进行创新，从化繁为简、装置小型、提高效率、增强对比、方便推广等角度进行了改进。力图通过实验培养学生的绿色化学意识、实验探究素养，发展学生的对比分析、定性定量分析等学科思维。

关键词：实验改进;实验一体化;氧气浓度

文章编号：1008-0546（2021）04-0095-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.025

氧气是《义务教育化学课程标准（2011年版）》中“身边的化学物质”主题下“我们周围的空气”中的内容，氧气的实验室制取与性质是科学探究主题中学生必须完成的八个基础实验之一[1]。也是学生必须掌握的实验之一，在整个初中化学中处于非常重要的地位。教材中以非金属、金属、有机物分别与氧气的反应为例，通过分析归纳的方法认识氧气的化学性质，帮助学生认识氧气能跟许多物质发生氧化反应。教学中教师必须通过演示实验帮助学生初步学习实验室制取氧气的方法，再要求学生自己动手进行实验。在实验中学生通过观察实验现象，比较不同物质在空气、氧气中的燃烧现象，归纳氧气的化学性质。

一、创意来源

九年级化学教材（上海教育出版社，教育部2012年审定）中双氧水制取氧气所用的装置是用锥形瓶和分液漏斗，组装的固体与液体反应不需要加热的气体发生装置，在验证氧气的性质时需要制取三瓶氧气，在三瓶氧气中分别完成木炭、铁丝、蜡烛在氧气中燃烧的实验[2]。在实际教学中发现教材中的实验有一些不足，如：药品用量多、气体制备量大、教师课前准备困难;无法实现气体制取和性质验证的连续进行;无法控制反应的开始和停止、无法连续多堂课教学;铁丝、木炭不易点燃，现象不明显;难以将二氧化锰粉末分离出来回收;随着反应的进行，双氧水浓度下降，不能及时排出液体等。

笔者查阅了文献、学习了许多一线教师有关于“双氧水制取氧气”的发生装置及性质实验装置的设计改进方案[3]。有些发生装置虽能控制反应的开始和停止，及时排出液体，但装置过于复杂，不便于推广使用。块状二氧化锰催化剂制作相对繁琐费时。性质实验装置无法进行多个性质实验，性质实验所需氧气的量大，制备耗时较长。无法进一步探究氧气的浓度对可燃物燃烧的影响，故不能帮助学生理解可燃物在氧气中比在空气中燃烧更剧烈[3]。基于以上情况，笔者对氧气的制取发生装置、性质实验装置及药品进行整合、简化、改进和创新，使制取和性质实验一气呵成。使装置小型化，节约药品，缩短实验时间，提高课堂效率。在学习氧气与木炭、铁丝、蜡烛等反应的同时，探究氧气浓度对可燃物燃烧的影响。帮助学生从定性、定量两个角度学习了氧气的化学性质。

二、实验用品

仪器：简易启普发生器（125mL）、改装平底烧瓶（50mL）、橡皮塞、导管、橡胶管、燃烧匙、鳄鱼夹、棉花、打气筒。

药品：10%的H2O2溶液、MnO2（块状）、石英砂、酒精、木炭、细铁丝、蜡烛。

三、实验装置

气体发生装置见图1，用125mL简易启普发生器，简单易得，价格便宜。性质实验装置见图2、图3，用50mL的平底烧瓶左右开孔，左侧距离瓶底3cm处接小型干燥管，右侧距离瓶底4cm处接支管作为性质实验的容器，平底烧瓶的左侧进气口略偏下方，更有利于向上排气的方式收集干燥的氧气，右侧出气口连接导管可用于检验性质实验的产物，操作方便，现象明显。催化剂为块状固体二氧化锰，不用自制，在“淘宝”网站购买，也可以用水泥负载二氧化锰小球，学生分组实验、多班进行，反复使用，方便快捷。这套装置可以将氧气的制取与性质实验一体化，并可以连续进行多个性质实验，及时检验产物。通过气筒可快速、双向地改变容器内氧气的浓度，通过观察木炭在不同浓度的氧气中燃烧的现象进一步理解氧气的浓度对可燃物燃烧的影响。

四、实验原理

五、实验步骤及现象

1.检查装置的气密性

2.向启普发生器上的气体出口处加入块状二氧化锰（加固体前在容器的球体中放入橡胶垫圈，防止固体掉入半球体中），从球形漏斗口加入10%的过氧化氢溶液。

3.打开导气管上的活塞，用带火星的木条检验烧瓶中氧气是否收集满，然后连续完成氧气的性质实验。

（1）铁丝在氧气中燃烧

用编制石棉网的细铁丝（无漆的）或编制纱窗用的细铁丝代替市售的细铁丝。把铁丝盘成螺旋状并在铁丝下端绑一小团棉花，用鳄鱼夹固定，将其伸入无水乙醇中，取出后在酒精灯上点燃，待即将燃尽时迅速将其伸入充满氧气且底部装有石英砂的集气瓶中（石英砂耐高温，防止生成的黑色固体溅落瓶底使集气瓶炸裂）。持续向瓶中提供氧气，延长铁丝燃烧时间，观察燃烧现象。铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体。

（2）蜡烛在氧气中燃烧

在小烧杯中加入少量的澄清石灰水，在燃烧匙内放置一小段蜡烛，在空气中点燃后，伸入充满氧气的烧瓶中，將右侧导管伸入澄清石灰水中，观察现象。观察到蜡烛在氧气中燃烧发出白光，放出热量，烧瓶内壁有水雾，澄清石灰水变浑浊，证明蜡烛燃烧生成了二氧化碳和水。

（3）木炭在氧气中燃烧

用鳄鱼夹夹取一小块木炭，在酒精灯火焰上灼烧至红热，立刻插人烧瓶中，将右侧导管伸入澄清石灰水中。观察到木炭燃烧发出白光，放出热量，澄清石灰水变浑浊，证明木炭燃烧生成了二氧化碳。

（4）“木炭在空气和氧气中燃烧”对比实验

打开止水夹，用气筒从右侧通入空气，观察减小氧气浓度时木炭燃烧的现象，打开活塞通入氧气，观察增大氧气浓度时木炭燃烧变旺的现象……反复操作，进行对比。

4.最后关闭活塞，固体与液体再次分离，反应停止。

六、设计特色

本实验创新后可将氧气的制取和性质实验一体化，连续进行多个性质实验，既可适用于教师多班进行课堂演示，也可作为学生的分组实验。实验的设计亮点主要有以下几点：

1.北繁为简：氧气的制取和性质实验一体化。实验室制取氧气气体的发生装置教材上是用试管或分液漏斗、长颈漏斗、锥形瓶作为发生装置，无法控制反应的开始和停止，笔者改用简易启普发生器可以随时控制反应的开始和停止，并随着反应的进行，双氧水浓度的下降可以及时排出液体。教材上氧气的三个性质实验需要提前先收集三瓶氧气，再在三个集气瓶中分别进行，笔者对性质实验装置的改进，改进后的容器可连续进行多个性质实验，还能对比几个燃烧实验的现象。通过对比帮助学生体会氧气的化学性质比较活泼，许多物质都能与氧气发生反应。使学生学会用定性的方法研究氧气的化学性质，促进了学科思维的培养。二氧化锰粉末不便于回收，笔者对药品进行了改进，采用块状二氧化锰为催化剂、便于回收利用。块状可以适用于启普发生器，可实现固体与液体的分离。块状二氧化锰便于反复使用，多班实验，节约药品，培养了学生绿色化学意识、帮助学生初步学会氧气的实验室制法和探究可燃物在氧气中燃烧的现象，培养了学生科学探究的能力。

2.装置小型：节约药品，节省时间，提高课堂效率。用50mL的平底烧瓶代替原本200mL的集气瓶，减少排出容器内空气的时间，在一分钟内可连续完成氧气的三个性质实验，缩短实验的时间，更适合课堂演示与分组探究实验。

3.提高效率：实验的成功率提高，及时检验产物。木炭、铁丝用鳄鱼夹固定，操作简单。用火柴引燃铁丝难以控制伸入氧气瓶内的时间，用蘸有酒精的棉花代替火柴引燃铁丝，成功率更高，现象更明显，也便于观察生成的黑色固体。用导管连接烧瓶，检验木炭、蜡烛燃烧生成的二氧化碳，产物及时检验，现象明显，让学生更直观地感受新物质的生成，培养学生的证据推理能力。

4.对比明显：探究氧气浓度对可燃物燃烧的影响。增加实验内容：木炭在空气和氧气中燃烧对比。教材上指出“木炭在氧气中燃烧比在空气中燃烧剧烈，可燃物在氧气中燃烧通常比在空气中剧烈”[2]，通过打气筒可快速、双向改变容器中氧气浓度、帮助学生进一步理解氧气浓度对可燃物燃烧的影响，帮助学生初步学会简单定量研究氧气的化学性质，发展了学生对比实验、定性、定量分析的学科思维。

5.较易推广：实现一套装置、多种用途、推广使用。该装置还可以用于其他固体与液体不需要加热的相关实验，如二氧化碳的制取与性质验证等，实现了一套装置多种用途，易推广。身边的化学物质氧气、二氧化碳新课教学中教师演示实验和学生分组实验都可以选择该装置，帮助学生更好地掌握氧气、二氧化碳气体的实验室制法的反应原理、实验装置和基本的操作技能，能通过实验探究氧气、二氧化碳的性質，认识科学探究的过程，形成基本的化学实验操作技能。在复习氧气、二氧化碳化学知识的过程中，便于学生分析、比较氧气与二氧化碳的实验室制法、性质的异同点，并能根据气体的性质选择实验室制取的方法和装置，认识实验室气体制取的一般方法，培养学生运用所学知识解决简单化学问题的能力。增强了化学复习课堂上化学实验的作用，让复习课堂的效率提高，树立学生对化学实验的正确的态度。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2012

[2]王祖浩.义务教育教科书·化学（九年级上册）[M].上海：上海教育出版社，2012

[3]穆小艳，装锐.初中化学实验器材的改进与创新研究—以氧气的制取和性质实验为例[J].化学教与学，2016（4）：85-87

*本文系江苏省教育科学“十三五”规划立项课题：基于“生活即教育”思想的中学化学深度学习研究（立项编号：E-c/2020/05）阶段性研究成果。

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