淺析“二氧化碳制取及性質(zhì)一體化實驗”的改進與創(chuàng)新

張 朋

(臨泉縣第七中學(xué) 安徽阜陽 236401)

引言

初中化學(xué)教材中涉及氧氣、氫氣、二氧化碳等氣體性質(zhì)的實驗，一般采用的順序是先收集幾瓶氣體，再逐一驗證其不同性質(zhì)。這樣的順序安排存在一定不足，如：課前需要準備大量氣體，容易造成浪費且攜帶不方便；容易造成氣體外泄，還可能由于純度不夠而實驗現(xiàn)象不明顯甚至失?。徊荒芡瑫r進行多個實驗，容易造成教學(xué)任務(wù)完不成?；诖?，我設(shè)計了集氣體的發(fā)生和性質(zhì)實驗于一體的綜合實驗裝置，此裝置操作簡便，實驗現(xiàn)象明顯，很好地彌補了上述不足，特別是應(yīng)用在二氧化碳教學(xué)中，取得了較好的教學(xué)效果，調(diào)動了學(xué)生的實驗興趣，深受學(xué)生喜愛。

下面從“二氧化碳制取及性質(zhì)”在教材中的地位與作用等五個方面進行陳述，綜合分析一體化實驗的改進與創(chuàng)新。

一、“二氧化碳制取及性質(zhì)”在教材中的地位與作用

“二氧化碳的制取及性質(zhì)”出自人教版九年級上冊第六單元課題二和課題三，是初中化學(xué)物質(zhì)學(xué)習(xí)的核心和紐帶?！岸趸嫉闹迫〖靶再|(zhì)”的學(xué)習(xí)，屬于物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)方法的再現(xiàn)及加強。它在九年級上冊教材中具有承上啟下的作用，在初中學(xué)習(xí)中占據(jù)鏈接地位?；瘜W(xué)課程標準中要求，要結(jié)合生活實例說明二氧化碳的主要性質(zhì)和用途。本節(jié)課主要通過實驗讓學(xué)生認識到“化學(xué)來源于生活，又應(yīng)用于生活”這一普遍規(guī)律。

本節(jié)課是教材首次利用大量實驗來探究物質(zhì)性質(zhì)，靈活性強，可挖掘性大。另外，它還為培養(yǎng)學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰μ峁┝酥匾钠鯔C。

二、“二氧化碳的性質(zhì)實驗”再認識

教材依次通過實驗6-3、實驗6-4、實驗6-5分別介紹二氧化碳的性質(zhì)：其密度比空氣大，不支持燃燒，能溶于水，與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等。聯(lián)系學(xué)生已有的知識，介紹了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的原因。

1.實驗原型的要求

實驗6-3中，為了看到更明顯的實驗現(xiàn)象，二氧化碳的量要充足，集氣瓶的容積比燒杯的容積要大一些，傾倒時可以用一片玻璃片進行遮擋，防止將二氧化碳直接倒在上層而使上側(cè)的蠟燭先熄滅，對學(xué)生造成實驗干擾。

實驗6-4中，二氧化碳的量也要充足，同時提前收集滿，并且密封好塑料瓶，防止因二氧化碳收集過少或者密封不嚴觀察不到塑料瓶子癟下去這一重要實驗現(xiàn)象。

實驗6-5中，利用4朵紫色石蕊染成的干燥紙質(zhì)小花探究二氧化碳與水的反應(yīng)。整個實驗過程中二氧化碳用量比較多，耗時比較久，操作復(fù)雜，觀察對比實驗現(xiàn)象更是容易出錯。

三次實驗都需要提前收集好二氧化碳并分別實驗，這給“二氧化碳的性質(zhì)實驗”帶來了一定的挑戰(zhàn)。

2.實驗原型存在的不足

(1)所用器材繁雜，藥品消耗量大。

為了順利完成本節(jié)課安排的三個實驗，需要使用三組實驗裝置，更需要提前準備好二氧化碳。而制取好的二氧化碳擱置一段時間后，就不能保證二氧化碳的純度，因而實驗現(xiàn)象可能不明顯。

(2)原制取實驗中，反應(yīng)物稀鹽酸和大理石混合在一起，不便回收利用，造成資源浪費。

(3)實驗耗時嚴重，影響課堂教學(xué)時間。

本節(jié)課對三個實驗的時間有一定的要求，需要合理分配實驗時間，否則很容易導(dǎo)致完不成實驗任務(wù)，影響教學(xué)進度。尤其是傾倒二氧化碳滅蠟燭實驗，若集氣瓶的位置不對，或倒入二氧化碳時的速率不當，都會導(dǎo)致實驗失敗，觀察不到實驗現(xiàn)象。

(4)實驗依次進行，缺乏橫向?qū)Ρ取?/p>

三個性質(zhì)實驗是分別進行的，學(xué)生可以很好地對每一個實驗進行觀察，但是三個實驗缺乏橫向?qū)Ρ?，學(xué)生無法發(fā)現(xiàn)三個實驗之間的內(nèi)在聯(lián)系，不利于學(xué)生的對比學(xué)習(xí)及結(jié)論的獲得。

三、“二氧化碳的性質(zhì)實驗”問題解決

本節(jié)課教學(xué)要注重學(xué)生的實驗體驗，該課題雖小，但實驗較多，并且與上一節(jié)課二氧化碳的制取有著密切的聯(lián)系。“二氧化碳的性質(zhì)實驗”中問題的解決，是大家應(yīng)當關(guān)注的。

第一，如果現(xiàn)場制取二氧化碳，就能很好地控制二氧化碳的使用量，收集到高純度的二氧化碳，而不用擔心收集過少或者密封不好，導(dǎo)致實驗失敗，就能更加準確地觀察到實驗現(xiàn)象。

第二，如果將三個性質(zhì)實驗結(jié)合在一起，就能很好地解決實驗耗時的問題，并且能夠及時對比三個實驗之間的內(nèi)在聯(lián)系，真正培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

第三，如果能夠?qū)ⅰ岸趸嫉闹迫　迸c“二氧化碳的性質(zhì)驗證”兩部分內(nèi)容融合在一起，形成一體化實驗裝置，那將是對兩個課題的升華，對于學(xué)生的認知也起到提升作用，使學(xué)生的智力得到較大發(fā)展。

基于以上三種思考，我反復(fù)進行改進與創(chuàng)新，并進行實際操作，設(shè)計了“二氧化碳制取及性質(zhì)”的一體化實驗裝置，有效地解決了相關(guān)問題。

四、“二氧化碳制取及性質(zhì)一體化實驗”設(shè)計

針對教材中“二氧化碳性質(zhì)實驗”的不足進行改進，設(shè)計一套集氣體的發(fā)生和性質(zhì)實驗于一體的綜合實驗裝置。此裝置操作簡便，實驗現(xiàn)象明顯，綜合性強，可一器多用。

1.實驗儀器及試劑

塑料瓶一個，小藥瓶A，小藥瓶B，瓶蓋一個，導(dǎo)管兩個，銅絲一段，高低臺一個，被紫色石蕊溶液染成紫色的濾紙，澄清的石灰水，石灰石，稀鹽酸，蠟燭，火柴，銅絲網(wǎng)，等等。

2.實驗原理

二氧化碳密度比空氣密度大，二氧化碳能與水作用生成碳酸，二氧化碳能使藍色石蕊試紙變紅，二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒。

3.實驗操作

(1)制取二氧化碳

①檢查裝置的氣密性。將發(fā)生裝置的玻璃導(dǎo)管一端放入盛有水的燒杯中，用手輕輕握住塑料瓶，如果導(dǎo)管口有氣泡，松開手后導(dǎo)管口有水倒流，證明該裝置氣密性良好。

②裝入藥品收集氣體。在小藥瓶A中，倒入適量的稀鹽酸，用銅絲拴住用銅絲網(wǎng)包裹的大理石，在塑料瓶底部內(nèi)裝入有澄清石灰水的小藥瓶B，并在塑料瓶兩邊放置高低蠟燭，按照圖示安裝好裝置，然后將大理石浸入到稀鹽酸中去，同時點燃兩側(cè)的蠟燭。

(2)二氧化碳的性質(zhì)實驗

待反應(yīng)一段時間后，觀察兩側(cè)蠟燭的燃燒情況，并觀察小藥瓶B中澄清石灰水的變化情況并記錄。

4.一體化實驗裝置使用說明

(1)制取二氧化碳

以一個塑料瓶作為實驗的載體，利用銅絲網(wǎng)包裹石灰石做成小團，利用銅線的拉伸將其和懸掛在塑料瓶中部的小藥瓶A中的稀鹽酸接觸，從而制取二氧化碳。在這個過程中，紗布不僅可以將大理石和稀鹽酸分開，也可以增加兩者的接觸面積，有利于節(jié)約藥品。

(2)驗證二氧化碳與澄清石灰水是否發(fā)生反應(yīng)

在塑料瓶的底部放置一個小藥瓶B，里面放置澄清石灰水，通過觀察澄清石灰水的變化情況，能夠很輕松地驗證二氧化碳與澄清石灰水是否發(fā)生反應(yīng)。

(3)驗證二氧化碳與水發(fā)生是否發(fā)生反應(yīng)

在小藥瓶A的瓶身外部分別貼上干燥的石蕊紙條和濕潤的石蕊紙條，待制取二氧化碳后，觀察干燥石蕊紙條和濕潤石蕊紙條的變化情況，以此判斷二氧化碳與水發(fā)生是否發(fā)生反應(yīng)。

(4)驗證二氧化碳的密度及可燃性

在塑料瓶的上下口各開一個小孔，插入短吸管作為導(dǎo)管，在管口放置兩根高低蠟燭。改進高低蠟燭后，不需要向燒杯中傾倒二氧化碳，就能很輕松地看到高低蠟燭哪一根先熄滅，從而大大提高了實驗的成功概率。

圖1 二氧化碳制取及性質(zhì)一體化實驗裝置說明

5.實驗創(chuàng)新點及其優(yōu)點

(1)創(chuàng)新點

本節(jié)實驗的設(shè)計亮點是三個性質(zhì)實驗通過一套裝置完成，同時與“二氧化碳的制取裝置”結(jié)合在一起，真正做到了“二氧化碳制取”與“二氧化碳的性質(zhì)實驗”兩個課題的深度融合，提高了學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰??！岸趸贾迫〖靶再|(zhì)”一體化實驗，以促進學(xué)生的認識發(fā)展為本，挖掘?qū)W生潛力，搭建學(xué)生發(fā)展平臺，在實驗的改進、質(zhì)疑中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，發(fā)散學(xué)生的思維能力，塑造學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

(2)優(yōu)點

首先，“二氧化碳制取及性質(zhì)”一體化實驗的實驗材料大多來源于生活中的廢舊物品，培養(yǎng)了學(xué)生廢物再次利用的環(huán)保意識，對學(xué)生情感態(tài)度也是一種升華。

其次，此改進實驗將傳統(tǒng)分散實驗進行了整合，形成了一套連貫、操作簡單、省時省力、現(xiàn)象明顯、對比性強的裝置，這些改進與創(chuàng)新更能引起學(xué)生興趣，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識。

再次，教學(xué)中，教師能夠輕松引導(dǎo)學(xué)生積極投入到實驗儀器的制作中去，學(xué)生興趣濃，求知欲望更強烈，對該實驗的印象更為深刻，也有助于他們積極思考實驗裝置的改進。

最后，一體化實驗裝置符合綠色化學(xué)理念，該裝置充分做到了“一器多用”，實用性強。既節(jié)約藥品、減少污染，便于上課時攜帶，又節(jié)約了課堂教學(xué)時間。該一體化裝置不僅可用于學(xué)生的“活動與探究”，也可用于教師的演示實驗。

五、“二氧化碳制取及性質(zhì)一體化實驗”反思

改進后的裝置，直觀性和可視性更強，易于觀察反應(yīng)現(xiàn)象和反應(yīng)過程。該實驗裝置不僅可用于新授課，也可用于復(fù)習(xí)課，提高了課堂教學(xué)效率，更提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和綜合分析問題的能力。

“二氧化碳制取及性質(zhì)一體化實驗”的改進與創(chuàng)新，使學(xué)生真正感受實驗與生活的高度融合，激發(fā)、喚醒每一個學(xué)生潛在的能力，更有利于促進學(xué)生創(chuàng)新精神的形成，提高學(xué)生創(chuàng)新的自信力，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新實驗的能力。

同時，此套裝置不但可用于二氧化碳的教學(xué)，還可用于氫氣、氯氣、二氧化硫等不加熱反應(yīng)的氣體制取及性質(zhì)實驗。