一、空气复习专题概述
1.教材及考点分析
本专题的复习内容来自浙教版八下第三章《空气与生命》，包括空气、氧气、二氧化碳的性质、制备和用途等。空气是化学启蒙学习阶段必不可少的重要化学物质体系，其中研究空气组成的基本实验，是初中化学中关于物质组成、定量测定的代表性实验。
《初中科学课程标准》中对本专题内容有以下要求：说出空气的主要成分，认识空气对人类的重要作用；认识氧气、二氧化碳等物质的主要性质并列举其用途，初步学习在实验室制取氧气和二氧化碳等。
近年来，在课本实验的基础上进行拓展创新，考查学生的实验探究能力及创新思维能力，已成为中考命题的趋势，如在2015年杭州市中考中就以此考点为依托，将实验原理改进为铁生锈，对学生能力进行了考察。故在本专题的复习中，本备课组在紧扣“空气中氧气含量测定”这一核心考点的基础上，从实验误差分析、实验装置改进、实验原理创新等角度进行了深入挖掘，旨在实现学生在本专题复习中的深度学习。
2.空气复习专题的知识框架
本复专题的复习重难点在于空气中氧气含量测定实验、氧气的性质及制备、二氧化碳的性质及制备等，具体该专题复习的知识框架如下图。
图1 空气复习专题的知识框架图
3.“测定空气中氧气含量”的课本实验
本实验装置如图2所示，其原理采用在密闭容器中燃烧红磷，因为消耗了氧气，造成压强差变化，恢复至室温后，打开止水夹，根据反应后装置内进入水的体积，测定空气中氧气的含量。虽然目前这种测定空气中氧气含量的方法绝大多数教师仍在采用，但用红磷在集气瓶中燃烧存在诸多弊端，如实验准确度差；产生的五氧化二磷是一种有毒物质，可能对学生的人身安全造成威胁；红磷燃烧不能将装置内的氧气耗尽等。
图2 浙教版教材中“测定空气中氧气含量”的实验图
二、创新课本实验，实现深度学习
图3 基于深度学习的实验改进方案
基于课本实验中存在的诸多弊端，相关文献中多有改进，改进角度一般从实验装置及测量原理出发，常见的改进思路如图3，基于此分析和改进实验的过程，可以提升学生进行深度学习的能力。
2.基于内容创新
装置改进是初中化学实验创新中最常见的视角，是针对实验装置的不足，根据所选药品及自己需要对实验装置进行创新，使实验装置更加简洁、科学、完美。
（1）从点燃方法进行改进
针对教材实验中存在的不足：①在空气中点燃红磷，会造成空气污染；②燃着的红磷伸入集气瓶时，瓶内气体温度升高，部分气体逸出。在实验材料上选择着火点更低、消耗氧气更充分的白磷（40℃）代替红磷（240℃），在点燃方法上选择用激光笔（如图4）、热水（如图5）、电阻丝加热（如图6）等代替直接在空气中引燃，从而避免生成的五氧化二磷造成空气污染的问题。
图4 激光笔引燃装置图
（2）从测量方法上改进
由于集气瓶瓶口与瓶体大小不一致，很难做到将水面上方空间均匀地 5 等分；装置的导管比较长，其中也存有空气，引起测量的系统误差等，可从测量方法上改进，如图4利用硬质玻璃管将依靠倒吸进入水的体积转化为活塞移动的距离，如图5利用U型管巧妙避开了导管和集气瓶造成的系统误差。
图5 热水引燃装置图 图6 电阻丝引燃装置图
（3）从缓冲气压角度进行改进
综合考虑点燃及测量方法可能造成的误差，可选择图7的装置，提供学生以下信息：白磷的着火点是 40 ℃，红磷是 240 ℃，两者的燃烧产物五氧化二磷是白色固体，会刺激人体呼吸道，能与空气中的水蒸气反应，生成有毒的偏磷酸（HPO3）。具体操作如下：①测量试管的容积为 50mL；②检查装置的气密性良好；③装药品，将注射器活塞调整到合适位置，连接好仪器；④用弹簧夹夹紧胶皮管，加热粗铜丝，观察现象；⑤燃烧结束，试管冷却到室温后打开弹簧夹，观察注射器活塞的移动情况。
可引导学生进行以下深度思考：①本实验检验气密性的方法；②选择白磷替代红磷的优点有哪些；③注射器吸水使活塞至少应调到多少mL 处；④本实验中能否注射器中吸入空气，通过观察活塞移动的距离来测定氧气含量，注射器中吸水的目的是什么；⑤观察到的试管中的现象是什么；若不关闭弹簧夹，注射器中的现象是什么。
图7 粗铜丝引燃白磷装置图 图8 利用气球缓冲气压的装置图
在图7的实验中白磷剧烈燃烧，会使集气瓶内气体压强突然增大，有可能使塞子松动，导致装置漏气，造成实验结果偏小; 甚至会导致塞子弹出，使实验失败，基于此可进行图8的改进，利用气球缓冲气压，主要操作如下[2]：①检验装置气密性；②如图组装实验装置，把载有白磷的铁制容器放入硬质玻璃管内；③把气球内的气体排尽后用激光笔（ 250 mW） 引燃白磷；④白磷停止燃烧，冷却至室温后，将硬质玻璃管右端竖直伸入盛有水的水槽中，取出橡胶塞，调整玻璃管高度使水槽内液面与管内液面相平，待液面稳定后，塞上橡胶塞；⑤取出装置，将硬质玻璃管竖直，观察液面高度。
可引导学生进行以下的深度思考：①本实验中气球的作用是什么；②实验中利用磁铁吸引小铁盒在硬质玻璃管内缓慢移动的目的是什么；③在测定时为什么要调整硬质玻璃管高度使水槽内液面与管内液面相平后再塞上橡胶塞；④描述本实验的现象与结果
2.基于方法创新
（1）利用铁粉生锈测氧气含量
虽然白磷着火点低，只有 40℃，远低于红磷的着火点 240℃。用白磷取代红磷，可以让白磷在密闭装置内直接引燃避免产生空气污染同时减少实验误差。且白磷耗氧量高于红磷，因为白磷燃烧停止后，剩余的白磷可以通过缓慢氧化继续消耗空气中残留的氧气。但因为白磷有剧毒，实验中有一定的危险性，所以可以用铁粉做实验。因为铁粉生锈消耗空气的氧气含量更彻底，几乎剩余氧气含量为零。但存在的问题是铁生锈是缓慢氧化，反应需要较长时间。
为解决这一难题，有实验人员进行如图9实验，实践证明，约只需 6 分钟后打开止水夹，就会看到水迅速进入广口瓶[3]。
图9利用铁粉生锈测氧气含量的装置 图10利用蜡烛燃烧测氧气含量的装置图
（2）利用蜡烛燃烧测氧气含量
鲁教版科学教材中采用在玻璃管中加热铜粉的方法测定空气中氧气的含量，实验消耗时间较长，无法观察到氧气的消耗程度，反应前后测量气体体积时现象不明显，实验成功率很低。针对以上问题，创新实验如下[4]:图9利用蜡烛燃烧测氧气含量，操作如下：①检验装置气密性；②继续拉动注射器，使导管中充满水;③向集气瓶中倒人NaOH溶液至刻度处，塞紧橡皮塞，倒立集气瓶，NaOH溶液恰好填补瓶口处不规则部分，将圆柱体部分划分为五等份;④点燃蜡烛，迅速塞紧橡皮塞，待蜡烛熄灭后，振荡集气瓶，打开止水夹。
可引导学生进行以下的深度思考：①描述检查气密性的方法；②集气瓶内氢氧化钠的作用是什么；③分析本实验中巧妙地应用注射器同时达到了哪些目的。
三、实践成效与总结
本备课组在中考复习中紧扣“空气中氧气含量测定”这一重难点，先从实验原理-实验装置-实验操作-实验现象-实验结论-误差分析这些化学实验的基本思路上，扎实落实课本实验。后引导学生分析课本实验中的不足，进行测量方法和测量原理等角度的改进，辅之以演示实验和学生实验，在一步步的深入分析和改进中，学生基于本实验实现了较为深度的学习。
