铁丝在氧气中燃烧的系列探究实验教学设计
1 实验设计目标
1.1 知识与技能
学会用排水法收集一定体积分数的氧气；
学会酒精灯、坩埚钳等常见化学仪器的使用方法；
学会铁丝燃烧实验的操作技巧和实验规范。
1.2 过程与方法
培养学生的问题意识，质疑意识，培养学生动手能力，使学生逐步形成独立思考的能力。
1.3 情感态度与价值观
培养学生的化学观、探究观，体验化学探究的乐趣，感受化学物质及反应的魅力； 培养学生深度思考的习惯，体验化学世界的美妙；
引导学生赞赏化学，从而提升科学素养和激发研究潜能。
2 实验内容
2.1 准备好实验相关用品。
2.2 具体探究活动：
探究活动1：探究铁丝燃烧和氧气浓度的的关系；
探究活动2：探究铁燃烧和反应物接触面积的关系；
探究活动3：探究铁丝燃烧和含碳量的关系。
3 实验教学设计思路（下页）
4 实验教学过程
实验：在空气中点燃镁条及铁丝（铁丝末端系一根火柴），观察实验现象。
学生：讨论、分析铁丝燃烧实验失败原因。
（教师提示从燃烧条件角度进行分析）
1、是不是没有可燃物？
2、是不是没有和氧气接触？
3、是不是温度没有达到着火点以上？
学生：联系铁丝在氧气中顺利燃烧的现象进行讨论，分析。
得出实验实验失败的原因和氧气有关。
1、氧气浓度不足；
2、和氧气接触不充分。
提问：铁丝燃烧是不是一定需要纯氧？
学生：讨论，设计方案（有难度），进行如表1所示对比实验，并观察实验现象。
探究实验1：
表1
实验现象 实验结论
20％（空气）
不能燃烧
氧气浓度太低，到不到铁丝燃烧所需的氧气浓度。
80％ 轻微火星四溅（链接视频）
铁丝燃烧并不一定需要纯氧
100％
火星四溅明显
教师：引导学生讨论、分析，得出结论——铁丝燃烧不一定需要纯氧。
（小结：铁丝在氧气中燃烧，并不一定需要纯氧，氧气的浓度越大，反应越剧烈。
） 提问：如何收集一瓶（330mL ）浓度为80％的氧气（瓶底要预留50mL 水）？ 学生：思考，以实验中80％为例，讨论如何收集一定体积分数的氧气。
收集体积分数为80％的氧气需预留的空气体积为x ，则计算如下：
000021
(280)5O 80280
x x ⨯+-== 解得：x = 70mL
故应需向集气瓶中加入水的体积为（330-70）mL = 260mL 。
用排水法收集时，只需将水排到50mL 预留水标志线处，即可停止收集，此时收集到
的氧气的体积分数即为80％。
过渡：如何才能增加铁和氧气的接触面积？ 学生：回答——将铁丝换成铁粉。
探究实验2：在酒精灯火焰上方抖落还原铁粉（AR ），观察现象（图1）。
（链接视频）
教师：简要解释，还原铁粉的粒径达微米级（10—6
m ）。
视频展示：纳米（10—9
m ）铁粉在空气中自燃的视频（图2、图3、图4）。
（链接视频）
学生：讨论，分析，得出结论——随着铁粉粒径的减小，铁的活性也随之增强，故纳米铁粉可以在空气中自燃。
（小结：可燃物与氧气的接触面积越大，越易燃烧，接触面积越小，燃烧的要求就越高。
）
提问：铁丝在燃烧时都出现了火星四溅的现象，是什么原因？
实验演示或视频：薄片状小木炭（小煤块）在氧气中燃烧，看现象（图5）。
（链接视频）
视频展示：钢铁厂炼钢时钢花四溅的视频（图6）。
（链接视频）
学生：讨论、初步联想。
教师：炼钢的主要原料是生铁，其中含有较多的碳元素，所以钢厂工人会根据钢花四溅的现象由经验判断出所炼得的钢是否已达到要求。
学生：得出结论，火星四溅的现象和铁丝中的碳元素相关。
提问：既然和碳元素相关，含碳量的多少会对实验现象产生何种影响？
学生：讨论，设计方案（有难度），进行如表2所示对比实验，并观察实验现象。
探究实验3：
表2
实验现象实验结论
304L细钢丝轻微火星四溅（链接视频）火星四溅现象和碳元素
有关，且含碳量越高，
火星四溅现象越明显。
304细钢丝轻微火星四溅、较304L明显（链接视频）
302细钢丝火星四溅，最为明显（链接视频）
备注细钢丝规格为：直径0.2mm、0.3mm，长度15cm，绕城螺旋状学生：根据实验现象，讨论、分析，得出结论——铁丝含碳量越高，火星四射现象越明显。
（小结：含碳量不同，燃烧现象不同，含碳量越高，火星四射现象越明显，含碳量过低，则不会出现火星四射的现象。
）
教师：引导学生回顾本课所学知识，交流所得及仍然存在的困惑，对本课作必要的总结和反思。
学生：交流本课学习的心得体会。
5 实验说明
5.1 本实验教学设计所需的实验用品如下：镁条、薄片状木炭（小煤块）、石棉细铁丝、304L细钢丝、304细钢丝、302细钢丝、还原铁粉（AR）、坩埚钳、石棉、80％的氧气1瓶，瓶底有水的氧气6瓶、酒精灯、火柴、相关视频课件资料等。
5.2 本实验教学设计的优点主要是：设计从学生角度出发，在学生已有认知基础（一定浓度的氧气支持燃烧、一定浓度的二氧化碳使燃着木条熄灭）上，进行探究设计，抓住了学生学习过程中的兴趣点和问题点，激发了学生的探究热情，能使他们主动融入探究过程，体验化学探究的乐趣。
同时也培养了学生的质疑能力，使他们留有质朴的存疑探疑的原动力，对课堂进行必要且有益的拓展。
5.3 本实验教学设计的缺点也较为明显，表现为：①前期实验准备工作量大，如果学生全员参与，实验进度的掌控及实验效果可能都较难达到预期。
②部分实验的成功存在偶然性，如薄片状木炭（小煤块）在氧气中燃烧时火星四溅的现象不易得到，需要控制木炭的材质、厚度及大小，否则很难崩裂产生火星。
③尽管实验中所用铁丝直径相同，但因为每次燃烧时，铁丝伸入集气瓶的时机及深度不同，降低了对实验结论的支撑力，实验结论的获得仍有经验性的判断倾向。
5.4 本教学设计的撰写参考了《化学教育》2019年第10期晋中学院乔金锁、刘冷撰写的《铁丝在氧气中燃烧的研究》一文。
5.5 本教学设计中所选用的细铁（钢）丝均为河北省唐山市光大银河金属材料有限公司提供的304L、304、302型材，含碳量分别约为0.03％、0.08％、0.15％，直径均为0.2mm及0.3mm。
如图7（0.2mm）、图8（0.3mm）。
6 致谢
本实验教学设计撰写得到了扬州市教科所赵华老师、扬州中学王金龙老师、江都区邵伯镇中学陈建安老师的悉心指导和帮助，同时江都区邵伯镇中学毛金津老师为本设计提供了实验和视频录制的支持，在此一并感谢！。
