二氧化碳制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)

周文榮 陳玲

摘要： 在分析二氧化碳制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)地位和作用的基礎(chǔ)上，將教材中的4個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一體化的整合設(shè)計(jì)。詳細(xì)介紹“二氧化碳制備與性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)的裝置改進(jìn)過(guò)程以及利用該裝置可以進(jìn)行的系列實(shí)驗(yàn)，從操作連續(xù)、實(shí)驗(yàn)整合、隨制隨停、實(shí)踐體驗(yàn)和裝置他用五個(gè)方面分析了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞： 二氧化碳的制備與性質(zhì); 一體化實(shí)驗(yàn); 實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)： 10056629（2020）10006504

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

滬教版九年級(jí)化學(xué)教材[1]第2章第2節(jié)中的“二氧化碳的制備與性質(zhì)”，是鞏固和拓展“氣體的制備和性質(zhì)”的重要內(nèi)容。

1 一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的背景分析

1.1 教材實(shí)驗(yàn)的編寫

教材中關(guān)于二氧化碳的制備與性質(zhì)共編寫了4個(gè)實(shí)驗(yàn)[2]，分別見圖1、圖2、圖3、圖4。

教材實(shí)驗(yàn)通過(guò)圖1的“觀察與思考”讓學(xué)生基于現(xiàn)象分析二氧化碳與水反應(yīng)的性質(zhì)，通過(guò)圖2、圖3、圖4的“活動(dòng)與探究”讓學(xué)生通過(guò)活動(dòng)探究二氧化碳的制備、檢驗(yàn)和驗(yàn)滿的方法以及二氧化碳的性質(zhì)和用途，逐步引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建二氧化碳的知識(shí)體系。圖1、圖2、圖3三個(gè)不同的產(chǎn)生二氧化碳的裝置有助于學(xué)生對(duì)“固液不加熱型”氣體發(fā)生裝置模型的辨析、認(rèn)知和理解，四個(gè)實(shí)驗(yàn)的獨(dú)立設(shè)置有利于分課時(shí)循序漸進(jìn)的學(xué)習(xí)安排，“觀察與思考”“活動(dòng)與探究”有益于學(xué)生證據(jù)推理、科學(xué)探究等素養(yǎng)的發(fā)展。

1.2 一體化實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的可能性

教材實(shí)驗(yàn)對(duì)于分課時(shí)的新授課教學(xué)具有非常重要的意義，也給4個(gè)實(shí)驗(yàn)的一體化設(shè)計(jì)留下了發(fā)展的空間。

（1） 教材中的4個(gè)實(shí)驗(yàn)，采用了三套獨(dú)立的裝置產(chǎn)生二氧化碳，操作較繁瑣，耗時(shí)較長(zhǎng)。尤其對(duì)于復(fù)習(xí)課，學(xué)生需要重構(gòu)二氧化碳的知識(shí)體系，需要將教材實(shí)驗(yàn)進(jìn)行高度整合和拓展深化，教材中4個(gè)相互割裂的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)不能滿足這種需求，這就使將氣體的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)有效整合、將教材4個(gè)實(shí)驗(yàn)合理重組進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)成為可能。

（2） 教材中二氧化碳的發(fā)生裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的隨制隨停，造成藥品浪費(fèi)，不經(jīng)濟(jì)，不低碳。完善氣體發(fā)生裝置的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)隨制隨停是實(shí)驗(yàn)綠色化的基本要求。

（3） 教材實(shí)驗(yàn)基于教學(xué)的需要一般采用的是傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室器材，本改進(jìn)利用某些生活器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，因此考慮讓學(xué)生在家里完成一些居家小實(shí)驗(yàn)將成為可能。

2 一體化實(shí)驗(yàn)裝置的制作過(guò)程

受“探究二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)”[3]“二氧化碳溶于水的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”[4]等文獻(xiàn)的啟發(fā)，對(duì)教材中4個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了一體化的整合設(shè)計(jì)。

2.1 裝置制作所需用品

帶蓋的大號(hào)塑料瓶2個(gè)（容積1L，底面直徑80mm且型號(hào)相同，蓋子可兼用）、帶蓋的中號(hào)塑料瓶1個(gè)（容積250mL，底面直徑60mm）、小號(hào)塑料瓶1個(gè)（容積160mL，底面直徑50mm）、玻璃導(dǎo)管4～5根（或塑料吸管）、剪刀、10mL帶針頭的塑料注射器2個(gè)、2cm乳膠管4根、熱熔膠槍1把、熱熔膠1～2根

2.2 二氧化碳發(fā)生裝置的制作

如圖5所示，取帶蓋的大號(hào)塑料瓶，剪取下半部分作為盛放鹽酸的容器（蓋子留著備用）。另取帶蓋的中號(hào)塑料瓶，在瓶底用剪刀戳幾個(gè)小孔，注意保證孔的大小能使稀鹽酸進(jìn)入，不能使選用的塊狀大理石漏出。在塑料瓶蓋上戳一個(gè)小孔，插入彎玻璃導(dǎo)管（或塑料吸管），瓶蓋與導(dǎo)管接觸處用熱熔膠密封。在導(dǎo)管另一端連上帶有止水夾的乳膠管。

2.3 二氧化碳收集及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)裝置的制作

如圖6所示，取大塑料瓶，在左側(cè)中下部戳一個(gè)小孔，插入玻璃導(dǎo)管（或塑料吸管），瓶?jī)?nèi)彎導(dǎo)管管口朝上。在大塑料瓶的右側(cè)，與左側(cè)瓶?jī)?nèi)導(dǎo)管管口位置等距離的上下部位各戳一個(gè)小孔，插入玻璃導(dǎo)管。在右側(cè)上部再戳一個(gè)小孔，插入玻璃導(dǎo)管，將所有導(dǎo)管與塑料瓶接觸處用熱熔膠密封。在右側(cè)三個(gè)導(dǎo)管上接上乳膠管、止水夾和另一段導(dǎo)管，其中最上面接的是長(zhǎng)導(dǎo)管，可插入小塑料瓶中。

取另一大塑料瓶瓶蓋，用熱針頭在瓶蓋上燙兩個(gè)小孔，需要瓶外添加試劑時(shí)先在注射器里吸入所需試劑，插入注射器，具體裝置如圖7所示。

2.4 一體化實(shí)驗(yàn)裝置的組裝

利用生活器材設(shè)計(jì)“二氧化碳的制備與性質(zhì)”的一體化實(shí)驗(yàn)裝置如圖8所示，將圖5和圖6裝置通過(guò)橡皮管連接，如果需要瓶外添加試劑可將中間大號(hào)塑料瓶瓶蓋換成圖7裝置。

3 利用裝置完成系列實(shí)驗(yàn)的操作步驟和現(xiàn)象

實(shí)驗(yàn)1 如圖9所示，打開止水夾K1、 K2、 K3，關(guān)閉K4，在K2、 K3導(dǎo)管出口處各放一支燃著的蠟燭，將裝有大理石的中號(hào)塑料瓶放入裝有稀鹽酸的大塑料瓶底中，反應(yīng)一會(huì)兒觀察到K2處的蠟燭熄滅，關(guān)閉K2，一會(huì)兒K3處的蠟燭也熄滅。

實(shí)驗(yàn)2 關(guān)閉K3，打開K4，觀察到小塑料瓶中澄清石灰水出現(xiàn)渾濁。

實(shí)驗(yàn)3 如圖10所示，關(guān)閉K4，斷開通入澄清石灰水的導(dǎo)管，打開大塑料瓶的瓶蓋，伸入粘有干燥和濕潤(rùn)的兩段藍(lán)色石蕊試紙的玻璃棒，一段時(shí)間后取出玻璃棒，對(duì)比兩段石蕊試紙的變色情況。

實(shí)驗(yàn)4 在大塑料瓶口放一支燃著的牙簽檢驗(yàn)二氧化碳是否收集滿，如果觀察到燃著的牙簽熄滅，說(shuō)明已收集滿。

實(shí)驗(yàn)5 用事先準(zhǔn)備好的兩支注射器里分別裝有10mL蒸餾水和10mL 2mol/L氫氧化鈉溶液的圖7裝置擰緊瓶蓋，關(guān)閉K1，斷開K1處的連接，注入10mL蒸餾水，充分振蕩，觀察到大塑料瓶略微變癟（如圖11所示）。再用另一個(gè)注射器注入10mL氫氧化鈉溶液，充分振蕩，觀察到大塑料瓶比剛才變癟更明顯，且瓶身明顯變熱（如圖12所示）。

4 一體化實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

（1） 操作連貫，效率提升。

利用一體化實(shí)驗(yàn)裝置可以將教材中4個(gè)實(shí)驗(yàn)連成一體，操作連貫，一氣呵成，既減少了分開實(shí)驗(yàn)重復(fù)繁瑣的操作步驟，又大大節(jié)約了教學(xué)演示的時(shí)間，提高了課堂學(xué)習(xí)的效率。

（2） 高度整合，發(fā)展思維。

上述實(shí)驗(yàn)在第二章4個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，增加了第七章二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應(yīng)等實(shí)驗(yàn)，既將學(xué)科知識(shí)進(jìn)行了高度整合，又將制備和性質(zhì)的裝置進(jìn)行了適當(dāng)變型，促進(jìn)學(xué)生將教材中有關(guān)二氧化碳的知識(shí)體系和實(shí)驗(yàn)裝置在充分認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行遷移應(yīng)用，拓展和提升了學(xué)生的思維品質(zhì)。

（3） 隨制隨停，節(jié)約環(huán)保。

通過(guò)將中號(hào)塑料瓶放進(jìn)和拿出，讓固體和液體兩種藥品接觸和分離，從而控制反應(yīng)開始和結(jié)束，實(shí)現(xiàn)了反應(yīng)的隨制隨停，節(jié)約了藥品。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，大塑料瓶底的鹽酸廢液和小號(hào)塑料瓶中的廢液混合，進(jìn)行預(yù)處理，更加環(huán)保。

（4） 變廢為寶，居家實(shí)踐。

實(shí)驗(yàn)裝置所用的主要材料是生活中常見的塑料瓶、塑料吸管等物品，器材易得，來(lái)源豐富，制作簡(jiǎn)便。學(xué)生還可以利用雞蛋殼、酸醋、蠟燭、牙簽等物品進(jìn)行一些家庭小實(shí)驗(yàn)，通過(guò)學(xué)生的親身實(shí)踐，激發(fā)學(xué)生獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的興趣和不斷創(chuàng)新的熱情。

（5） 裝置的多用途。

實(shí)驗(yàn)裝置與傳統(tǒng)的玻璃儀器相比，塑料制品輕便且不易破損，裝置可重復(fù)利用，但每次實(shí)驗(yàn)前需要再次檢查裝置氣密性，塑料瓶身如果漏氣要再次用熱熔膠密封。同時(shí)，初中化學(xué)學(xué)習(xí)中該裝置還可用于雙氧水制氧氣、實(shí)驗(yàn)室制氫氣等實(shí)驗(yàn)，讓該裝置能夠在多種場(chǎng)合中使用。

參考文獻(xiàn)：

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