孫延波 張大臣
[摘要]在現(xiàn)行初中化學教材中,關(guān)于探究二氧化碳性質(zhì)的實驗設(shè)計方案所存在的系列問題,可能導致學生對實驗結(jié)果產(chǎn)生錯誤的理解,需要對實驗的操作程序及步驟進行改進。
[關(guān)鍵詞]二氧化碳性質(zhì)實驗創(chuàng)新設(shè)計
[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058(2015)110097
在我們所使用的現(xiàn)行初中化學教材中,有關(guān)探究二氧化碳性質(zhì)的實驗設(shè)計方案,有的實驗過程不夠簡捷,有的操作步驟不夠合理,有的證明依據(jù)不夠嚴密,這些都可能導致學生對實驗結(jié)果產(chǎn)生錯誤的理解,因此需要教師根據(jù)具體情況對實驗的操作程序及步驟進行改進,以求實驗現(xiàn)象更加明顯,更好地發(fā)揮實驗的教育價值。
【實驗一】證明二氧化碳的密度比空氣大。
教材中的實驗設(shè)計:在托盤天平兩邊各放一只250mL的燒杯,調(diào)節(jié)天平平衡。然后向其中一只燒杯中慢慢傾倒集氣瓶中的二氧化碳氣體。觀察現(xiàn)象。
存在的問題:由于在傾倒的過程中氣體會擴散,并且傾倒的速度過快或過慢,都會造成“天平傾斜”的現(xiàn)象不明顯,使得實驗現(xiàn)象的可信度降低。
改進后的實驗裝置如圖1所示。
圖1改進后的實驗設(shè)計:把充有空氣的氣球放入燒杯中,將導氣管管口伸入到燒杯的底部,然后通入二氧化碳,觀察現(xiàn)象。隨著二氧化碳的通入,可以觀察到氣球慢慢升起,懸浮在燒杯里。
改進后的優(yōu)點:1.改進后的實驗效果非常明顯,成功率高。2.增強了實驗的可見度和可信度。3.便于制作和操作,可以作為學生實驗來進行,提高學生的探究興趣。
【實驗二】證明二氧化碳可溶于水。
教材中的實驗設(shè)計:向盛有二氧化碳的軟塑料瓶中加入適量的蒸餾水,迅速擰緊瓶蓋,振蕩??梢杂^察到軟塑料瓶變癟,說明二氧化碳溶于水。原因是二氧化碳溶于水,使得瓶內(nèi)的氣壓減小,所以瓶子才會變癟。
但在實際操作中存在這樣的問題:一是用塑料瓶采取向上排空氣法收集二氧化碳,塑料瓶不易穩(wěn)定放置;二是需要的二氧化碳的量較大,收集時間較長。
改進后的實驗裝置如圖2所示。
圖2改進后的實驗設(shè)計:
改進一:向裝有二氧化碳的集氣瓶中注入適量水,蓋上玻璃片,充分振蕩,將集氣瓶倒置過來,可以觀察到玻璃片沒有掉下來。改進后的實驗效果能更好地說明二氧化碳溶于水。正是由于二氧化碳溶于水使得瓶內(nèi)的氣壓小于外界大氣壓,大氣壓產(chǎn)生的壓力能夠托住玻璃片,使其不至于掉下來,實驗可信度高。對這個實驗學生充滿了好奇,激發(fā)了學生的探究興趣。
改進二:用注射器吸入10mL二氧化碳氣體再吸收10mL蒸餾水,然后用橡皮塞堵住針眼,充分振蕩。發(fā)現(xiàn)注射器中氣體的量減少了。這個實驗不僅能夠說明二氧化碳能溶于水,更能直觀地表示出二氧化碳氣體的溶解量。
改進三:將充滿二氧化碳氣體的試管倒扣于水中,輕輕晃動試管,可以觀察到試管內(nèi)液面上升。這個實驗簡單易行,也能說明二氧化碳氣體能溶于水,學生樂于嘗試。
【實驗三】證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)。
因為CO2通入到NaOH溶液中無明顯的反應(yīng)現(xiàn)象,那么如何證明CO2與NaOH是不是確實發(fā)生了反應(yīng)呢?
我們通常采用的實驗方案是:將CO2通入到NaOH溶液中,證明生成了新物質(zhì)Na2CO3,在反應(yīng)后的溶液里滴加鹽酸,如果有氣泡產(chǎn)生,就證明CO2與NaOH發(fā)生了反應(yīng)。
圖3但是這個實驗方案的設(shè)計在邏輯上還是不夠嚴謹。理由如下:因為CO2也能與NaOH溶液中的H2O反應(yīng)生成H2CO3,同樣含有CO2-3,那么如何證明是Na2CO3中的CO2-3與酸反應(yīng)放出CO2,還是H2CO3中的CO2-3與酸反應(yīng)放出CO2?這就需要消除H2CO3的影響。
我們將實驗過程做了以下改進:先將反應(yīng)后的溶液加熱,使H2CO3分解,冷卻到室溫,再滴加鹽酸,有氣泡產(chǎn)生,就證明CO2與NaOH確實發(fā)生了反應(yīng)。改進后的實驗方案排除了干擾,邏輯更加嚴密,步驟更加完整,且獲得了準確的結(jié)論。
也可以設(shè)計下面的實驗,更直觀地證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng):向盛有二氧化碳的軟塑料瓶中直接加入兩藥匙氫氧化鈉固體,迅速擰緊瓶蓋,充分搖晃。過一會,可以觀察到軟塑料瓶變癟,并能感受到塑料瓶發(fā)熱變燙。再向塑料瓶中加入鹽酸,又觀察到有氣泡產(chǎn)生。這個實驗操作簡單,效果明顯。能充分說明二氧化碳與氫氧化鈉確實發(fā)生了化學反應(yīng)。
(責任編輯羅艷)