淺談如何用自制教具改進二氧化碳性質(zhì)實驗

摘 要：人教版教材中二氧化碳的性質(zhì)實驗需要的器材多，操作煩瑣，部分操作存在不足。本實驗利用易得、輕便、安全的塑料制品，改進二氧化碳制取、性質(zhì)探究一體化實驗，既能幫助教師輕松、靈活教學(xué)，又能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高其實驗操作能力。

關(guān)鍵詞：實驗改進;生活化教具：一體化

初中化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)越來越重視讓學(xué)生認識到化學(xué)對人類社會發(fā)展的重大作用，形成“化學(xué)來源于生活，服務(wù)于生活”的化學(xué)價值觀，同時中學(xué)化學(xué)實驗儀器中玻璃儀器居多，在實驗過程中，不僅破損嚴重還存在安全隱患。因此，人們越發(fā)關(guān)注如何利用生活中易取又安全的材料替代玻璃儀器，自制教具，激發(fā)處于化學(xué)啟蒙階段學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)其觀察、實驗、操作等實踐能力和應(yīng)用能力。現(xiàn)就選取易改造的塑料瓶替代部分易碎玻璃儀器，以此改進二氧化碳性質(zhì)的實驗和大家分享。

一、 實驗改進背景

1. 人教版教材中二氧化碳的性質(zhì)實驗需要多次進行，二氧化碳的需求量大，且需課前用集氣瓶收集備用的氣體，容易因氣密性、攜帶等原因使氣體逸出，影響實驗的成功率。在人教版九年級上冊第六章課題1已獲得二氧化碳制取知識的基礎(chǔ)上，針對教材中制取裝置不利于通過固液分離，實現(xiàn)控制反應(yīng)的缺點進行改進，設(shè)計制取、性質(zhì)探究一體化實驗，利于學(xué)生理解，并提升學(xué)生的學(xué)習(xí)遷移、解決問題的能力。

2. 在探究二氧化碳的密度、能否燃燒和支持燃燒的性質(zhì)時，教材中采用向燃著的階梯蠟燭周圍傾倒二氧化碳的實驗，操作過程中常出現(xiàn)上方蠟燭先熄滅的意外情況。

3. 探究二氧化碳和水的實驗中，需準備4朵紙花和4瓶二氧化碳氣體，連續(xù)多班教學(xué)的教師課間準備易忙亂。

4. 二氧化碳與氫氧化鈉的反應(yīng)是典型的無明顯現(xiàn)象反應(yīng)，相關(guān)性質(zhì)經(jīng)常在練習(xí)中涉及，但上下兩冊教材均未設(shè)置相關(guān)實驗進行說明，不利于學(xué)生掌握。

二、 實驗改進設(shè)計思路

1. 立足安全，設(shè)計簡便操作方案

安全是所有實驗的前提和基礎(chǔ)，本實驗改進的第一思路是：設(shè)計一套既安全又簡便的實驗操作方案。便于教師演示，利于學(xué)生動手操作，培養(yǎng)學(xué)生在實驗中探索化學(xué)知識的習(xí)慣。

2. 關(guān)注環(huán)保，踐行綠色化學(xué)理念

在飛速發(fā)展的今天，人們對環(huán)保的關(guān)注越來越高，化學(xué)實驗恰好是滲透這種理念的一個重要的途徑。因此，本實驗改進的另一思路是：收集難以溶解的對環(huán)境十分不利的塑料瓶，將其變?yōu)榛瘜W(xué)實驗的常用器材，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)注環(huán)保，踐行綠色化學(xué)的理念。

三、 實施實驗改進

1. 實驗器材

不同規(guī)格帶蓋塑料瓶若干，鐵架臺一個，玻璃管若干，止水夾4個，膠頭滴管1支，美工刀，30cm鐵絲1根，火柴。

2. 改進實驗裝置制作說明

（1）制取裝置

選用350mL的塑料礦泉水瓶，在其底部用燒紅的細鐵絲打若干微小孔，瓶身用燒熱的玻璃管打2個小孔。選用2.5L塑料礦泉水瓶，剪下其底部5cm處，裝置如圖1。

（2）有關(guān)說明二氧化碳性質(zhì)的裝置

選用廣口塑料瓶，用燒熱的玻璃管打3個小孔，分別裝上帶有止水夾的玻璃管，其中進氣孔1到出氣孔2、3的距離相等，且孔2、孔3分別位于孔1的上下方。將八寶粥大號塑料瓶蓋固定在鐵線上，用于放置藍色石蕊試紙。裝置如圖2。

（3）二氧化碳與澄清石灰水、氫氧化鈉溶液的反應(yīng)裝置

選用350mL塑料礦泉水瓶，剪取其底部10cm部分，裝置如圖3。

3. 實驗操作、現(xiàn)象及結(jié)論

（1）裝置氣密性檢查：如圖4，連接好裝置，塑料杯1和塑料杯2中加入適量水，關(guān)閉K2、K3，打開K1、K4，將導(dǎo)管插入塑料杯2的水中，塑料瓶1底部迅速浸入塑料杯1水中一定深度。若導(dǎo)管口有氣泡冒出，至無氣泡冒出后，再將塑料瓶1提起至底部不離開液面，導(dǎo)管口形成液柱，說明裝置氣密性良好。

（2）分別取一條干燥的和噴過水的濕潤石蕊試紙放在大號塑料瓶蓋兩側(cè)，觀察到試紙均未變色，連同鐵絲放入塑料瓶2中，旋緊瓶蓋。在塑料杯2中加入澄清石灰水。

點燃高、低蠟燭，關(guān)閉K4，打開K1、K2、K3。將放有適量石灰石的塑料瓶1浸入裝有鹽酸的塑料杯1中，觀察到塑料1中產(chǎn)生氣泡。一會兒，低處的蠟燭先熄滅，再關(guān)閉K3，高處的蠟燭也跟著熄滅。

結(jié)論：二氧化碳的密度比空氣大，二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒。

關(guān)閉K1，打開K4，觀察到澄清石灰水變渾濁，提起塑料瓶1至瓶底離開鹽酸溶液，停止制取二氧化碳。

結(jié)論：二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁。

用醋酸噴灑藍色石蕊試紙，試紙變成紅色。打開塑料瓶2，取出放置試紙的瓶蓋，觀察到干燥石蕊試紙不變色，濕潤石蕊試紙變成紅色。

結(jié)論：二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸。

（3）用膠頭滴管吸取鹽酸溶液滴入裝有足量氫氧化鈉溶液的塑料杯3中，觀察到無明顯現(xiàn)象。

關(guān)閉K3，打開K4，將塑料瓶1瓶底浸入塑料杯1中鹽酸溶液中，將導(dǎo)管插入氫氧化鈉溶液中，觀察到氫氧化鈉溶液剛開始無現(xiàn)象，一會兒后，導(dǎo)管口有氣泡產(chǎn)生。提起塑料瓶1至瓶底離開鹽酸溶液，停止制取二氧化碳。

往已通入二氧化碳的氫氧化鈉溶液中滴入鹽酸，觀察到溶液中有氣泡產(chǎn)生。

結(jié)論：二氧化碳能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。

4. 實驗裝置制作及操作注意事項

（1）裝置小孔連接處的氣密性處理，塑料制品不宜用凡士林、石蠟等不容易定型的材料，宜選用易定型的AB膠、玻璃膠等。

（2）為讓高、低蠟燭熄滅的實驗現(xiàn)象呈現(xiàn)更快些，需先關(guān)閉K4，讓發(fā)生裝置產(chǎn)生的二氧化碳更多、更快的到達塑料瓶2。

（3）加入大理石的高度約到瓶身2cm高度，鹽酸的量約150mL，不宜過多，為保證實驗制取的二氧化碳量足夠，選用濃度較大的鹽酸。

（4）如圖2中，注意高、低蠟燭出氣孔2、孔3和進氣孔1的距離相等，塑料蓋上的干、濕石蕊試紙的放置位置需與進氣孔間的距離相等，控制實驗無關(guān)變量，保證實驗結(jié)論的可靠性。

四、 實驗改進的優(yōu)點

1. 隨著制取反應(yīng)的進行，鹽酸的濃度會不斷地降低，使制取的氣體濃度不斷減小，影響實驗效果，該發(fā)生裝置利于控制制取反應(yīng)的開始和停止，根據(jù)需要適時添加鹽酸、處理反應(yīng)廢液，節(jié)約藥品和課前準備時間，避免實驗過程中因二氧化碳氣體的不足等各種突發(fā)情況的發(fā)生，提高實驗成功率。

2. 該裝置實現(xiàn)了二氧化碳制取和性質(zhì)的一體化，利于教師根據(jù)教學(xué)要求和課堂實際等不同需求，靈活選擇課本所要求探究性質(zhì)的一體化實驗或分步實驗，也可讓學(xué)生動手自制該套實驗用具，進行分組實驗，通過該一體化實驗啟發(fā)、提高學(xué)生設(shè)計實驗的能力。

3. 二氧化碳與氫氧化鈉的實驗，是困擾實驗教學(xué)的一個難點，也是教材實驗的空白，且以往的探究更多的關(guān)注如何呈現(xiàn)明顯的現(xiàn)象，忽略了無明顯現(xiàn)象產(chǎn)物的驗證。本實驗設(shè)計鹽酸分別與通入二氧化碳的氫氧化鈉溶液前后反應(yīng)現(xiàn)象對比，通過簡單的操作，加深學(xué)生對無明顯現(xiàn)象實驗的認識。

4. 塑料制品取材方便、制作簡便、攜帶方便、不易破損，可以連續(xù)使用多年。視覺沖擊力強，利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用化學(xué)知識研究和解決問題的能力。

總之，通過實驗改進，既提高了教師實驗演示的成功率和效果，又利于學(xué)生開展自主實驗;既發(fā)揮了教師創(chuàng)造性能力，也培養(yǎng)學(xué)生動手操作探究能力;既降低了實驗風(fēng)險，又落實了綠色低碳的環(huán)保理念。

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作者簡介：詹秋霞，福建省福安市，福建省福安市德藝學(xué)校。