初三化学“二氧化碳性质”公开课的实验设计

张晓燕

摘要：介绍了“二氧化碳性质”公开课中的实验设计方案及内容，如利用T型管比较二氧化碳与空气的密度；利用针筒测定二氧化碳的溶解性；利用二氧化碳灭火器常温下制备干冰。在二氧化碳性质传统实验上优化实验方案，提高了教学有效性与趣味性。

关键词：二氧化碳性质；公开课；实验设计

文章编号：1005–6629（2015）9–0055–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

二氧化碳是学生继学习氧气后，又一非常重要的气体。在氧气的学习中，学生已经初步掌握一般学习规律即物质的物理性质、化学性质、用途以及制取方法，同时，了解了二氧化碳的基本性质及基本用途，所以本节课着重实验部分，充分利用教师的演示实验与学生实验，突破原有的实验定式，优化实验方案，活跃学习气氛，激发学生学习化学的兴趣，在客观上缩短了课本知识与学生之间的距离[1]。

1 实验1 比较二氧化碳与空气密度大小

图1、图2和图3是常见的比较二氧化碳与空气密度大小的方法。如图1是比较常见的教师演示实验，若倾倒二氧化碳时速度过快，造成二氧化碳刚倒入就散开了，结果造成上面的蜡烛先熄灭，下面的蜡烛后熄灭，对二氧化碳密度作出错误结论[2]。如图2在铁架台上吊一平衡杠杆，两边挂两个纸袋，往其中一侧倾倒二氧化碳，杠杆发生倾斜，该实验缺乏趣味性，且稍有空气流动，就容易失败。如图3在托盘天平两侧放置两个烧杯，调节平衡，往其中一个烧杯倒二氧化碳气体，二氧化碳的密度是1.977克/升，如托盘两边的烧杯都是50毫升规格，则向一边倒入二氧化碳气体引起的质量变化理论上不足0.1克，灵敏性较差，实验现象不明显。

1.1 实验仪器及用品

试管、T型玻璃管、玻璃导管、单孔塞、碳酸饮料、澄清石灰水

1.2 实验装置

如图4所示。

1.3 实验操作

（1）按照图4连接装置，在上下两个试管中均装入澄清石灰水。

（2）两根导管分别伸入石灰水，略微振荡碳酸饮料。

（3）对比观察T型管两端连接导管对应的石灰水变化情况。

1.4 实验注意事项

（1）T型玻璃管需要呈图4所示放置，可以允许气体向上或向下流动。

（2）碳酸饮料略微振荡，幅度不宜过大，避免液体进入T型玻璃管。

（3）注意连接部分的气密性。

（4）连接的导管不宜过长，否则需要的二氧化碳量较多。

1.5 实验改进的优点

（1）实验成功率高，实验现象明显，容易操作。

（2）对比实验，通过使用T型管，将无形的气体流动变成有形，学生能感知到二氧化碳密度比空气大，从下方导管流入澄清石灰水，使澄清石灰水变浑浊，同时上下两支试管形成鲜明对比。

（3）碳酸饮料振荡直接得到二氧化碳，节省了制取、收集及储存二氧化碳的操作

2 实验2 二氧化碳溶解性测定

图5、图6都可以用来证明二氧化碳可溶于水。如图5，往装满二氧化碳的软质塑料瓶中倒水，拧紧瓶盖，充分振荡，观察到瓶子变瘪；如图6，将装满二氧化碳的试管倒置在水中，观察到试管内液面上升。但这两个实验都需要预先收集二氧化碳气体进行备用，实验准备工作比较繁重或者当场收集二氧化碳，会造成实验时间过长。

变换思维角度，能否有节省实验准备时间、精简实验操作同时能更好地了解二氧化碳在水中的溶解能力的实验？首先解决气体来源，选择使用生活中常见的碳酸饮料。经查阅资料，雪碧中二氧化碳的浓度为0.1361 mol/L[3]，大约1体积水中含3体积的二氧化碳。再解决装置问题，我们从2013年普陀区中考化学质量抽查试卷中提到利用针筒将黄绿色的氯气与水混合，达到饱和状态时测定氯气的溶解性，以及付小勤老师在“初三化学若干演示实验的改进”[4]一文中多处使用针筒进行气体实验得到灵感，可以利用针筒进行该实验。

2.1 实验仪器及用品

60毫升针筒、烧杯、未开封的碳酸饮料（1瓶）、蒸馏水

2.2 实验装置及流程图

如图7所示。

2.3 实验操作

（1）用不带针头的针筒抽取20毫升水。

（2）略微振荡碳酸饮料。

（3）带上针头，从碳酸饮料瓶上方侧壁穿刺。

（4）抽取至少20毫升以上的二氧化碳气体，读数。

（5）去掉针头，用大拇指按住注射孔，充分振荡。

（6）观察针筒示数变化。

2.4 实验注意事项

（1）由于试题中图示的是气液已经混合的体系，并没有交代到底是先抽气体还是先抽水，笔者尝试用针筒先抽取二氧化碳气体，再抽取水，但发现内压过大，水很难抽取上来。

（2）注意在振荡过程中不要用力过猛，造成二氧化碳气体大量逸出；同时抽取过多的气体造成针筒内压力过大，会挤压出一部分的水；如第一次实验失败，二氧化碳的量就不够第二次实验。

（3）从侧壁插入针头，针头尽量往上，避免吸入液体，造成实验失败。

（4）抽取气体量与水的比例至少大于1，同时充分振荡，确保二氧化碳在水中达到饱和状态。

2.5 实验改进的优点

（1）使用碳酸饮料节省制取与收集二氧化碳的时间，且保证气体的用量以及纯度，整个实验从抽取水到抽取二氧化碳再到充分振荡，耗时约为3分钟左右。

（2）针筒上带有刻度，不仅可以得到二氧化碳可溶于水的结论，还可以精确进行读数，多次实验数据得到1体积水中最多能溶解约为0.8体积左右的二氧化碳气体，从定性认识上升到了定量认识，有利于培养学生自觉养成严肃认真的科学态度。

（3）利用生活中常见的饮料及针筒就可以进行气体溶解性测定实验，不仅增加了趣味性，而且对实验原理的理解更加深刻了。

3 实验3 用二氧化碳灭火器制造干冰

理论上通常是将二氧化碳气体在低温高压下先液化然后固化（如图8），压缩得到干冰，条件苛刻，在学校教学无法完成；若使用市面上制干冰机制干冰需要2500元以上不等，价格昂贵；若直接购买干冰约为15元每公斤，但易升华不好保存。

3.4 实验注意事项

（1）操作中不可用手触碰灭火器的金属部位，液体二氧化碳转化气体时，整个灭火器金属部分温度非常低，易造成冻伤，在实验中需要佩戴手套进行操作。

（2）用干布缠绕住封口，可减少二氧化碳气体从袋口散逸出去，如温度达不到理想的变化，易造成实验失败。

（3）收纳袋需要预先扎好一些小孔，避免内压过大造成破裂。

（4）二氧化碳灭火器中液体二氧化碳应尽量多，一次按压可以得到较大量的气体，同时可以提供足够的低温，若灭火器中液体二氧化碳仅剩一半或更少，按压后只能观察到产生气体，收纳袋中没有白色固体形成。

查阅资料发现在二氧化碳灭火器中储存有液体二氧化碳，工作原理是打开阀门后，减压使得液体二氧化碳转化成气体，此时会吸收大量的热量，在喷嘴口处形成非常低的温度。可以利用这个温度，将一部分液体二氧化碳气化，另一部分受到温度的骤然下降，发生状态改变，形成固体二氧化碳。

3.1 实验仪器及用品

二氧化碳灭火器、收纳袋、干布、手套

3.2 实验装置及流程图

如图9所示。

3.3 实验操作

（1）在透明收纳袋上预先用细针扎好小孔。

（2）用收纳袋套住灭火器的喷嘴，抽紧袋口。

（3）用干布缠绕住袋口。

（4）用手握住干布部分，去掉灭火器安全锁，用力按压阀门。

（5）在收纳袋中得到未压缩的白色干冰固体（如图10所示）

3.5 实验改进的优点

（1）利用二氧化碳灭火器可以随时制备固体干冰，操作简单，一次按压可得到较多量的固体，利用零下温度计测定温度，可以达到零下70多度，可以保持固体状态5～6分钟左右。

（2）2公斤装的液体二氧化碳灭火器约250元，可以制备10次左右固体，价格适中。

（3）使用透明的收纳袋代替布袋，可视性效果好，能观察到气体触碰到收纳袋壁后变成白色固体的过程。

（4）按压阀门时伴随有巨大的声响，实验效果震撼。

（5）制得的干冰放于容器中，可以接着做后续的二氧化碳的化学性质实验，避免了后期再次制备气体，物质得到了充分利用。

化学实验是化学学科的基础和灵魂，它在培养学生的学习兴趣与科学探究能力、体验知识的产生与发展等方面均起着不可替代的作用。在新课程改革背景下，化学教师更应积极探索，不断优化实验教学。

参考文献：

[1]王程杰.中学化学实验研究[M].上海：华东师范大学出版社，2005：18.

[2]周玉枝.美好的化学实验[M].上海：浦东教育发展研究院课程教学研究部，2012.

[3]朱子丰，何凤云，陈凯，赵钧若.定量测定雪碧中二氧化碳含量实验的设计[J].教学仪器与实验，2009，（5）：12～13.

[4]付小勤.初三化学若干演示实验的改进[J].化学教学，2012，（3）：47～49.