“二氧化碳的性質(zhì)與實驗室制取”實驗活動設(shè)計

■甘肅省會寧縣實驗中學(xué) 柴多豐

“CO2的實驗室制取”屬于“身邊的化學(xué)物質(zhì)”主題下的重要內(nèi)容。標(biāo)準(zhǔn)要求是初步學(xué)習(xí)CO2的實驗室制取方法和結(jié)合實例說明CO2的主要性質(zhì)，活動與探究建議的要求是設(shè)計適應(yīng)學(xué)生的探究活動，通過探究，學(xué)習(xí)化學(xué)基礎(chǔ)知識和實驗技能。以下對“CO2的性質(zhì)與實驗室制取”從兩種版本教材對比分析、查閱相關(guān)文獻和結(jié)合自己實際經(jīng)驗進行實驗活動設(shè)計。

一、CO2的性質(zhì)探究活動設(shè)計

問題情境：每當(dāng)人們在觀看一些舞臺演出時，總會看到一些云霧繚繞的現(xiàn)象，從觀察教材“干冰”圖片，到展示“干冰”實物，并演示“干冰”升華的實驗。提出問題：將一些“干冰”放入盛少許水的燒杯中，燒杯上方出現(xiàn)類似舞臺演出時云霧繚繞的現(xiàn)象，那么，這滾滾的云霧到底是什么物質(zhì)，它具有怎樣的性質(zhì)呢？探究目的：用物理方法固體“干冰”的物態(tài)變化升華獲得較純凈的CO2氣體，探究CO2的性質(zhì)。探究方案：依據(jù)科粵版九年級化學(xué)教材，用生活和實驗室中物品設(shè)計認(rèn)識CO2的性質(zhì)實驗方案可供學(xué)生參考。

（一）氣體的收集

將一些干冰裝入帶有密封條、密封完好的生活中常見透明塑料袋，壓緊密封條，待一會兒，塑料袋慢慢鼓起，即固體干冰升華為CO2氣體，快速收集4袋CO2氣體。

（二）認(rèn)識CO2的性質(zhì)

1.往集滿CO2的軟質(zhì)塑料袋里注入約1／3蒸餾水，立即壓緊塑料袋封條，充分振蕩，觀察現(xiàn)象。2.組裝好儀器（圖1），用手緩慢擠壓氣體袋中的CO2氣體，觀察干燥管中浸有紫色石蕊試液棉花團的顏色變化；再將上述干燥管用試管夾夾持于酒精燈上微熱，觀察棉花團的顏色又有什么變化。3.組裝好儀器（圖2），先是將注射器的活塞置于底部，彈簧夾A打開、彈簧夾B關(guān)閉,緩慢地往外拉注射器活塞，使塑料袋中的CO2氣體進入試管中的澄清石灰水中，觀察試管中澄清石灰水顏色的變化。如果一次抽拉完成，現(xiàn)象不明顯，還需CO2通入，此時，關(guān)閉彈簧夾A，打開彈簧夾B，推至活塞到底部，關(guān)閉彈簧夾B，打開彈簧夾A，繼續(xù)往外拉活塞，抽取CO2氣體，直到滿意為止。4.將一袋CO2氣體傾倒入一個大燒杯中，用鑷子夾取提前浸泡在硫酸銅和酒精溶液中的棉線，在酒精燈上點燃，伸入盛CO2氣體的燒杯中，觀察，取出伸入，反復(fù)操作，最后放入其中，再觀察。

圖1 CO2與水反應(yīng)的探究

圖2 CO2與澄清石灰水反應(yīng)的探究

（三）實驗結(jié)論和活動效果分析

1.以演出時舞臺云霧繚繞現(xiàn)象出發(fā)，結(jié)合課本中“干冰”圖片情景素材為主，用物理方法獲得所需CO2氣體。用該新型方法獲得氣體的過程，既復(fù)習(xí)了八年級物理物態(tài)變化中的升華知識，又說明了較之實驗室中制得的CO2氣體更為純凈。以物理中的物態(tài)變化知識進入本節(jié)內(nèi)容學(xué)習(xí)，給予新奇感，以提高學(xué)習(xí)的熱情。2.用密封保鮮塑料袋盛裝氣體，塑料袋鼓起，證明有氣體產(chǎn)生；加入蒸餾水較之礦泉水瓶更易發(fā)生形變，現(xiàn)象更明顯；反之，如果向水中或澄清石灰水傾倒CO2氣體，更易操作，一手松開一點封條，一手輕輕擠壓。3.用圖2所示裝置不僅可以定性地探究CO2與澄清石灰水發(fā)生反應(yīng)，還可以粗略地估測參與化學(xué)反應(yīng)的CO2氣體體積，通過注射器可以控制所需氣體的量。4.用硫酸銅和酒精的混合溶液浸泡棉線，硫酸銅溶液的作用是使火焰呈現(xiàn)顏色，更便于觀察。

二、CO2的實驗室制取活動設(shè)計

實驗器材：教材中所給器材：試管、集氣瓶、錐形瓶、燒杯、廣口瓶、酒精燈、水槽、量筒、長頸漏斗、漏斗、鐵架臺、不同型號的具塞導(dǎo)氣管。實驗裝置圖：教材在探究實驗室里制取裝置之后，在學(xué)生實驗活動中，給出了實驗室里制取CO2時常用的一種裝置，供學(xué)生參考。但人教版在課題2CO2制取的研究一課，還給出了一種裝置。兩套裝置都不能實現(xiàn)隨時控制反應(yīng)發(fā)生和停止的功能?；诖耍谝呀o出的實驗室器材中，給學(xué)生添加一些生活中常見的物品，如醫(yī)用注射器、礦泉水瓶、塑料軟管、T形玻璃管、Y形玻璃管等，搭配實驗室器材組裝一套最佳實驗裝置來制取CO2。實驗方案：讓學(xué)生利用桌面上的儀器及補充的生活中物品、藥品，嘗試設(shè)計一體化實驗裝置制取CO2并進行性質(zhì)探究。為了培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力，讓學(xué)生盡可能地發(fā)揮自己的才智，以小組的形式設(shè)計出屬于自己的實驗裝置，對各組的裝置進行交流評價，給予肯定的同時選出最佳裝置，啟迪學(xué)生的思維能力。效果分析：依托兩版本教材給出的共同裝置圖，以CO2的性質(zhì)探究設(shè)計裝置（圖2）進行重點分析。在進行了方案1中CO2的性質(zhì)探究學(xué)習(xí)之后，完全可以用圖2所示的裝置，從化學(xué)變化角度學(xué)習(xí)CO2的實驗室制取、收集和檢驗，并用該裝置可將制取與性質(zhì)實驗融為一體。

（一）制取CO2氣體

用圖2所示裝置，先將石灰石固體裝入試管中，塞緊帶有雙導(dǎo)氣管的橡皮塞，然后用注射器吸取事先準(zhǔn)備好的稀鹽酸溶液，將注射器吸嘴處套有的軟管緊緊地套在橡皮塞右側(cè)的導(dǎo)氣管處，用力推注射器活塞，將稀鹽酸加入試管中，讓反應(yīng)發(fā)生。

（二）收集CO2氣體

如果要突出氣體的收集，應(yīng)先等一會兒，當(dāng)導(dǎo)氣管、試管中含有的空氣排盡時，將準(zhǔn)備好保鮮透明塑料袋扎在橡皮塞左側(cè)導(dǎo)氣管末端，當(dāng)塑料袋完全鼓起時，取下壓好密封條，以備用。

（三）CO2性質(zhì)的探究

將在這種情況下收集的CO2氣體完全可用于方案1中CO2性質(zhì)的探究活動中（有別于：方案1中是通過物理變化所得，這里是化學(xué)變化所得，可培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識問題的角度）。

（四）CO2的制取與性質(zhì)探究一體化（用圖2所示裝置和添加附件裝置）

1.如果要突出一體化的探究，用注射器將稀鹽酸全部注入試管后，快速取下注射器，將潤濕的兩片藍色石蕊試紙分別放于橡皮塞兩側(cè)的導(dǎo)氣管口處，觀察。左側(cè)導(dǎo)氣管口處的藍色潤濕石蕊試紙先變紅，右側(cè)導(dǎo)氣管口處的藍色潤濕石蕊試紙后變紅，說明CO2的密度比空氣大，原因是CO2氣體先從左側(cè)長導(dǎo)氣管中導(dǎo)出，隨著氣體的增多，從右側(cè)的短導(dǎo)氣管中導(dǎo)出。2.用同樣的方法將燃著的木條放在左右兩導(dǎo)氣管口處，左側(cè)熄滅，右側(cè)后熄滅，不但說明了CO2的密度比空氣大，同時說明了CO2不燃燒，也不支持燃燒。3.為了更進一步探究1中藍色潤濕石蕊試紙變藍是CO2部分溶于水，與水反應(yīng)生成碳酸，酸性溶液能使藍色石蕊試紙變紅?？勺鋈缦虏僮?，打開彈簧夾B，在彈簧夾B上系一片干燥藍色石蕊試紙，確保B處出來的氣體能通到試紙上，然后將兩片潤濕的藍色石蕊試紙仍然放在橡膠塞兩側(cè)的導(dǎo)氣管處，此時觀察三片試紙的顏色變化情況。左側(cè)試紙先變色，右側(cè)試紙后邊色，B處試紙不變色。4.如果要探究CO2與澄清石灰水的反應(yīng)，在左側(cè)導(dǎo)氣管口處接一段合適的軟導(dǎo)管，當(dāng)試管中反應(yīng)進行時，將軟導(dǎo)氣管直接伸入盛有澄清石灰水的試管中，觀察現(xiàn)象。

三、結(jié)語

不論是使用科粵版教材還是人教版教材，進行CO2的性質(zhì)與實驗室制取實驗活動，用上述方案設(shè)計進行探究活動，在學(xué)生發(fā)展方面，都可以培養(yǎng)學(xué)生的雙向思維，在化學(xué)知識層面，可以用物理變化和化學(xué)變化單獨或交叉或同時的研究問題。