利用传感器再探空气中氧气的含量
马鞍山二中实验学校 孙同杰
马鞍山市教育科学研究院 周朝晖
“空气中氧气含量的测定”是人教版九年级化学上册第二单元第一课题《空气》中非常重要的内容。这也是教材上出现的第一个定量的实验,通过这个实验的探究,可以很好的培养学生动手能力、抽象思维及分析推理能力。但是在实际实验过程中,这个实验往往会出现一些误差,现将笔者在实验过程中的感受以及对实验的误差分析同各位探讨。
一、误差分析:
在实际实验过程中,装置气密性不好,弹簧夹在红磷燃烧时候没有夹紧,在外点燃红磷时,伸入瓶中的速度太慢,划分五分之一不够精确等等都是常见的会引起误差操作。这些操作之所以会导致误差,主要是在实验过程中不能保证空气的体积是一个定值。但是,这些因素基本上是可以通过努力人为控制的,类似的改进也有很多,在此笔者就不赘述了。但是,也有一些因素可能就不我们能够人为控制的了,那就是红磷燃烧熄灭后,空气中的氧气是否真的完全耗尽了呢?
二、
将氧气传感器固定在玻璃钟罩内,并将足量的红磷放在坩埚中,先将坩埚取出加热一段时间后,放置于水槽中倒置的玻璃塞上,用一颗白磷引燃红磷后,迅速罩上钟罩,利用水槽中的水将钟罩密封。
红磷在坩埚中剧烈燃烧,利用氧气传感器采集钟罩内氧气浓度的变化,发现当红磷完全熄灭时,氧气浓度在4%--7%左右,也就是说利用红磷燃烧并不能将装置内的氧气完全耗尽。
三、数据分析:
在实际实验过程中,笔者发现传感器放置的位置不同,所得到的结果略有差异,具体数据如下:
红磷在钟罩中的位置
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最左边
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正中间
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中间靠上
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中间靠下
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氧气的体积分数
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6.24
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4.2
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7.5
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4.18
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通过数据可知,课本上实验在药品选择上存在着不足之处,也是实验数据偏小的重要原因之一。
四、实验改进:
既然燃烧法无法将氧气耗尽,那我们应该选用什么物质来消耗氧气呢?经过查阅资料,动手试验,笔者发现利用还原性铁粉可以将氧气耗尽,只需在课本实验基础上用滤纸将足量的还原性铁粉,活性炭包裹好,浸泡在食盐水中,取出后用大头针固定在集气瓶的橡胶塞上,10分钟左右,用氧气传感器检测,可以发现氧气浓度几乎为零。只是这个实验耗时比较长,不适合课堂上,当堂演示,可以先拍成视频,课堂上播放给学生看。
将数字化传感器技术应用于中学化学实验教学,其实时、准确、直观的特点有助于学生对化学实验进行更深入的认识,有助于学生对知识的理解和掌握,培养学生科学的思维和方法。将课本上的经典实验与数字化实验有效地结合,还有助于拓宽实验创新的途径,有利于教师的专业化发展。
附:部分实验数据: