探究二氧化碳性質(zhì)的創(chuàng)新實驗設(shè)計

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）