氮气及稀有气体的制取与收集

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义务教育初中化学课程标准（2011版）指出：注意从已有的经验出发，让学生有更多的机会主动地体验科学探究的过程，在知识的形成、相互联系和应用过程中养成科学态度、学习科学方法，在“做科学”的探究实践中培养创新精神和实践能力。

“氮气及稀有气体的制取与收集”是在沪教版“探究空气中氧气的体积分数”实验的基础上，学生学习氧气、二氧化碳的性质及其实验室制取，有一定的实验操作技能后的进一步拓展延伸，让学生在实验中巩固已学的知识，并在已有的学习基础及经验上，进一步培养创新精神。

图1在“探究空气中氧气的含量测定”实验（如图1）中，要注意引导学生观察实验现象，体会从实验事实导出结论的思维过程。实验中可以观察到红磷燃烧，产生大量的白烟，放出大量热；打开弹簧夹后，烧杯中的水沿导气管进入集气瓶中，约占集气瓶内空间的1/5。通过实验得知，空气中氧气的体积约占1/5。实验时，燃烧匙里要盛入过量的红磷。红磷要过量，以使瓶中密封的氧气反应完全，使测得氧气的体积更接近空气中氧气的实际体积。这个实验还可推论出氮气不能燃烧也不支持燃烧；集气瓶内水面上升一定高度后，不能继续上升，又可以说明瓶内的氮气、稀有气体不易溶于水。在学生学习“氧气及二氧化碳的性质及制取”后，可让学生探究如何制取氮气与稀有气体。

首先，提出问题。教师可以提出以下几个问题引导学生探讨：能否把瓶内的氮气与稀有气体收集到集气瓶中？广口瓶内少量的二氧化碳如何被除去从而制得较纯的氮气及稀有气体？如何把广口瓶内的剩余气体“赶”出来？用什么方法收集这些气体？

其次，分析解决问题。让学生充分思考及小组交流讨论，从已学的二氧化碳内容很容易知道：只要把烧杯中的水改为澄清的石灰水，就可除去广口瓶内少量的二氧化碳；可利用瓶内的剩余气体不溶于水的特点，往广口瓶内注入水，利用瓶内的液面上升，便可把上部气体（氮气及稀有气体）排出；至于气体的收集，学生可以联系已学过的氧气、二氧化碳的实验室制取及收集方法，用排水法进行收集。

然后，探讨对实验装置的改进。探究空气中氧气的体积分数”的实验完成后，为了不让外界空气进入到广口瓶内，应在塞紧广口瓶的橡皮塞上插入一支注满水的大注射器，或预先在橡皮塞上再打一孔，装上带橡皮管的玻璃管（在做“探究空气中氧气的体积分数”的实验时，橡皮管要用止水夹夹住，防止与外界相通；完成“探究空气中氧气的体积分数”的实验后，再连接上带有单孔橡皮塞的装满水的矿泉水瓶，通过挤压矿泉水瓶，往广口瓶内注水）；完成“探究空气中氧气的体积分数”的实验后，撤去图1右侧的烧杯及玻璃导管，改用排水法收集瓶内的气体。

教师与学生一起整理该实验的步骤：1.检查装置的气密性；2.夹紧止水夹，做“探究空气中氧气的体积分数”的实验；3.夹紧两个止水夹，连接上装满水的矿泉水瓶（用注射器不必此步骤）和排水收集气体的装置；4.挤压矿泉水瓶（或推压注射器活塞），收集氮气及稀有气体；5.探究所制得的气体的一些化学性质（如：与镁、木炭能否反应）。

以上是对上教版“探究空气中氧气的体积分数”的分析、拓展与实践，通过学生学过的实验知识，引导学生对实验结果进行再分析，探究发现新知识，培养思维的深度和广度。通过该实验，增强学生的实验操作技能，培养学生良好的动手能力。

新课程标准中对构建学生学科的情感体系提出了要求，对开展探究性教学、关注自然与社会、关注人与自然的和谐发展、关注人文精神提出了要求。窥视近几年的中考试题，探究、创新和综合类的具有“化学味”的化学实验题备受关注，成为命题的新亮点。以“探究空气中氧气的体积分数”为知识背景，进一步开展多维探究的化学实验题也是其中的一类常见试题。为此，我们应让学生熟知“测定空气中氧气的体积分数”的实验原理，从而有效解答相关实验题。