化學實驗中量氣裝置的設計

① 某學生課外活動小組模擬呼吸面具中的反應原理設計用下圖所示的儀器來製取氧氣並測量氧氣的體積。圖中量氣

② 請問化學實驗量氣裝置，使用量氣管和水準管，實驗結束後移動，使液面

這樣，復可以使水準管中液體的高度制差增加，壓強增大，剛好使液面平。

量氣管用的是等壓面的概念，就是連通液體的壓強在相同水平位置處是相等的；
在量取時保證水準瓶中液體的液面和量氣管中液體的液面在同一壓力下，即保證氣體取樣時壓力保證在一個標准大氣壓力下。

③ 如何進行高中化學定量實驗的教學

定量實驗是利用專用儀器和化學反應計量關系來認識客觀世界的一種化學方法，是以定性實驗為基礎的研究。
定量實驗的教學應包括對實驗設計的教學及誤差分析等內容。定量實驗的核心是「定量」，因而實驗的設計應圍繞「定什麼量？」、「如何定量？」、「如何精確定量？」展開，實驗設計的教學中應引導學生實現下列三個原理的整合：
①實驗原理：定量實驗中採用的化學原理（包括反應原理、定義式）和化學計量關系。
②操作原理：為准確實現實驗原理採用的操作步驟和專用儀器使用要求配套的操作步驟。
③儀器原理：定量實驗中專用儀器的設計原理和使用方法。
高中化學定量實驗教學設計是將實驗原理、操作原理和儀器原理進行整合，使學生形成實驗過程和思維。在教學中幫助學生尋找到需要測定什麼量，在將目標量轉化為可測量的過程中，形成實驗原理，圍繞實驗原理選擇甚至設計出測定這些量的操作和儀器，而操作原理和儀器原理通過相互修正來共同實現實驗原理。
高中定量實驗教學可分為定量驗證和定量分析，在不同的實驗中思維上有所不同，設計也有所差異。
第一、定量驗證：如一定物質的量濃度溶液的配製和氣體摩爾體積的測定，這類實驗可深化對概念的理解。其實驗原理即是已有的概念和相關的定義式，因此需要測定的目標量是十分明確的。要解決的是如何通過實驗完成對目標量的確定，如果目標量無法直接測定的話，需要利用化學反應，依據化學計量關系將目標量轉化為可測定的量。
一定物質的量濃度溶液的配製》教學為例，簡單流程如下：
以復習質量分 以待測量為依據 以量筒為量器 從精度要求切入引
數引入教學 確定儀器和步驟 修改操作步驟 出容量瓶完成設計
以復習質量分數引入教學，從濃度的定義引出實驗原理：確定「溶液體積」和「溶質物質的量」。
由於這兩個量可轉換成溶質質量和溶液體積，是有現成儀器可測量的，學生得出了使用天平和燒杯。根據儀器原理，學生就設計出計算、稱量、溶解和定容的操作步驟。此時由實驗原理得到的配套儀器（學生已有知識范圍內）和主要操作步驟已經成型。
教師接著提問：「燒杯定容准確嗎？」轉入能否精確定量的討論，引出實驗原理對儀器的更精確要求。學生想到了用量筒替代，由於使用了量筒，實驗步驟必須添加轉移和洗滌，以確保溶質的量不變，這一環節體現了儀器原理對操作原理的修正過程。教師在分析了量筒的缺點後，學生提出修正意見：要密封容器，要更細一點，要有一定容積；於是，容量瓶被學生設計出來。通過專用實驗儀器的設計，對操作原理提出了進一定的改良和修正，同時實驗儀器又滿足了操作原理的需求。這樣在操作原理和儀器原理的共同作用下，實現了實驗原理，完成了實驗設計。
第二、定量分析：如硫酸銅晶體中結晶水含量的測定和酸鹼中和滴定等。這類實驗中實驗原理的設計需要先找到合適的相關反應並確定計量關系，然後圍繞實現實驗原理、測准實測量展開關於操作原理和儀器原理的討論，完成實驗設計。

例如：《硫酸銅晶體中結晶水含量的測定》教學簡單流程如下：
尋找合適反應 設計基本步驟 就測定結果是否 修改實驗步驟
確立計量關系 確定配套儀器 准確進行討論 完成實驗設計
流程第一模塊中從定性實驗「如何證明晶體中有結晶水？」引入，通過「如何測定有多少結晶水？」「要測定什麼量？」實現從定性到定量的轉化，學生利用相關化學反應，建立起待測目標量與實驗實測量的計量關系，完成對實驗原理的討論。
第二模塊中，在實驗原理的指導下，學生很快完成了基本步驟的設計（即稱量、加熱、稱量）和配套儀器的選擇（即酒精燈、坩堝及配套儀器）。
教師接著提問：「要結果准確操作中的關鍵是什麼？」進入流程第三模塊，以是否能准確測定實測量為切入，對實驗操作步驟和儀器使用展開進一步討論。由於本實驗對實驗儀器的要求不高，而對稱量及加熱操作和判斷實驗終點有較高要求，因此在這個流程中，教師通過「你准備怎樣稱量？」「怎樣確保完全分解？」「如何判斷完全分解？」的提問，幫助學生進一步將實驗操作具體化，從而尋找到步驟中的漏洞和儀器的需求。
討論後，學生相繼提出了「用坩堝代替稱量紙」、「要進行研磨」、「冷卻不能在空氣中」、「重復加熱至質量不變」，「加熱程度即需要充分又需要適宜」的問題，依據這些思考，學生得到了研磨、冷卻、恆重操作這些重要的操作原理。明確了使用坩堝直接稱量，使用乾燥器冷卻這些實驗儀器使用中的原理。通過修改和完善，形成了實驗設計。
這樣的教學過程，為學生提供了解決問題的真實情景，使學生始終處於解決問題的思維模式中，讓學生在完成實驗設計的同時，建構起化學的學科思維。
課改對實驗的提出更高的要求，定量實驗的比重和要求也不斷提高，突顯出配套實驗儀器的精確性對學生實驗的感知的重要性。雖然教師能夠引導學生形成對定量實驗思維，並對誤差的存在進行分析，引導學生關注方法而不是結論。但是學生在體驗實驗後，絕大多數是以自己的定量是否精確來認知方法的可行性。實驗儀器的不配套造成學生難以形成認知，如：缺少分析天平，量氣裝置，pH計等，學生也說道：從來沒用過電子天平，怎麼設計出選擇電子天平啊？教材中新的實驗方法只能停留在紙上談兵的尷尬境地，如何解決定量實驗不定量的矛盾，是亟待解決的問題。
通過教學後發現學生對定量實驗仍有畏難情緒，比如在可供選擇的習題訓練中相當多的學生迴避了定量實驗設計題。我認為這個問題的根源是學生由於缺少實踐，因而不能做到理論聯繫到實際，難以真正內化相關的知識。如何尋找新的實驗教學的載體，提供學生更多的實踐機會，使教學成果進一步內化，克服畏難情緒，值得進一步進行探索。

④ 化學課上，同學們做了人體呼出的氣體使澄清石灰水變渾濁實驗後，對呼出的氣體中主要成分及含量非常好奇

（2011•北京）化學課上，同學們做了人體呼出的氣體使澄清石灰水變渾濁的實驗後，對呼出的氣體中主要成分及含量非常好奇，設計實驗進行探究． 【提出問題】呼出的氣體中有哪些主要成分，它們的含量是多少？ 【查閱資料】 ①呼出的氣體中仍含有O2． ②CO2在飽和NaHCO3溶液中的溶解度非常小． 【猜想與實驗】 猜想：呼出的氣體中主要成分是N2、O2、CO2、水蒸氣等． 實驗I：驗證呼出的氣體中含有水蒸氣． （1）實驗操作如下圖所示． （2）觀察到的現象為 玻璃片表面有一層水霧 ，根據該現象可以判斷呼出的氣體中含有水蒸氣． 實驗II：驗證呼出的氣體中含有N2、O2、CO2，並測定其含量．同學們在老師的指導下設計了如下圖所示裝置（B是帶刻度的量氣裝置）． （1）實驗記錄 實驗操作主要實驗現象實驗結論及解釋 ① 檢查裝置的氣密性．向裝置中加入葯品．關閉止水夾a～f． 裝置的氣密性良好． ② 打開b、c、d，向B中吹入一定量氣體後關閉d，並冷卻到室溫． B中液體進入到A中，B中液體減少500mL． 收集500mL氣體． ③ 關閉b，打開a、e、f，用打氣筒向A中緩緩充氣，直到B中氣體剛好全部排出． A中液面下降，B中液面上升至最高，C中左側導管口有氣泡產生，且C中液面下降，液體沿導管流入D中 ，D中液體為475mL． 反應的化學方程式為CO2 2NaOH═Na2CO3 H2OCO2 2NaOH═Na2CO3 H2O ． ④ 關閉e、f，用凸透鏡聚光引燃白磷． 白磷燃燒，產生大量白煙，放出大量熱． 呼出的氣體中含有O2． ⑤ 待白磷熄滅並冷卻到室溫，打開f． D中液體倒吸入C瓶中，C瓶中液面上升 ，D中剩餘液體為400mL． 呼出的氣體中含有N2． （2）數據處理 呼出的氣體中主要成分的含量 N2O2CO2 體積/mL4007525 體積分數/€155 同學們經過3次重復實驗，確認了呼出氣體中的主要成分及其含量． 【實驗反思】 （1）該實驗設計依據的N2性質有ABD （填字母序號）． A．難溶於水 B．不能和NaOH溶液反應 C．無色無味的氣體 D．不能燃燒，也不支持燃燒 （2）實驗II操作 ⑤中，若C中氣體未完全冷卻就打開f並讀數，則所測O2的體積分數偏小 （填「偏小」、「不變」或「偏大」）．

⑤ 某化學課外活動小組為了驗證元素非金屬性遞變規律，設計了如下圖所示的兩套實驗方案進行實驗探究：（1）

（1）二氧化錳和濃鹽酸加熱生成二氯化錳和氯氣，反應方程式為：MnO₂+4HCl（濃）