二氧化碳性质教学中实验的改进与应用

吴玉芬

关键词：二氧化碳，改进实验，简易，微型，多种应用

义务教育化学课程标准指出，化学实验对于化学课程目标的全面落实具有重要作用。为了确保实验质量，我们应该因地制宜合理使用实验仪器和试剂，指导学生利用生活中的废弃物制成简易的实验仪器，从日常生活中寻找可替代的化学试剂，培养学生资源利用的意识和实践能力。同时为了使实验过程更简洁，实验效果更明显，操作过程更简便，我们应当尝试对一些实验进行改进。

上教版九年级化学教材中有关二氧化碳性质的内容，包含了二氧化碳能与水反应，能与氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液等碱溶液的反应。通过学习，不仅要使学生知道这些反应能发生，学会书写正确的反应方程式，还要学会通过实验来证明这些反应的发生，通过实验证明反应之间的区别。气体与溶液的反应通常采用试管实验，用导管将气体通入盛有溶液的试管中。二氧化碳与氢氧化钙溶液（澄清石灰水）反应有变浑浊的现象，不需要另外验证。但二氧化碳与水反应、二氧化碳与氢氧化钠溶液反应没有明显现象，需要设计实验加以证明。

针对探究这两个反应的实验的改进，笔者做了尝试与探索。

一、探究二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应实验的改进

1.创意来源

二氧化碳通入氢氧化钠溶液中没有明显现象，为了排除二氧化碳溶于水、与水反应产生的干扰，证明二氧化碳确实能与氢氧化钠反应，教学中通常采用以下两种方法，一是验证生成碳酸盐：取反应后的溶液，滴加过量稀盐酸，产生气泡，证明二氧化碳与氢氧化钠反应。二是选择合适的装置做对比实验，比较一定体积二氧化碳分别被等体积的水和氢氧化钠溶液吸收后容器内气压的变化。目前经常采用的有以下几组典型的对比实验装置（图1），A组中观察到插入NaOH溶液的试管中液面比水中的高，B中观察到放NaOH溶液的瓶中的气球比放水中的膨胀得大，C中观察到放NaOH溶液的塑料瓶比放水的瘪得多，D中观察到加氢氧化钠溶液的锥形瓶中倒吸入的水比加水的多，通过观察到的现象都能说明二氧化碳能与氢氧化钠反应。

上述的装置在使用时，氢氧化钠溶液用量较多，同时要收集較多量的二氧化碳，耗时较长，制取二氧化碳消耗的原料也较多，浪费资源。另外操作不是很简便，观察现象有些等待时间也较长，不适合用于学生实验。为了改善这些问题，做了如下一套简易的装置。

2.实验装置

（1）实验材料：

实验仪器（用品）：塑料针筒、橡皮塞。

实验药品：二氧化碳、氢氧化钠溶液、蒸馏水。

（2）实验装置图（图2）

3.买验原理

（1）二氧化碳能溶于水，且能与水反应。

（2）二氧化碳能与氢氧化钠反应。

（3）等体积的氢氧化钠溶液吸收的二氧化碳比等体积的水吸收的二氧化碳多。

4.实验步骤与现象

（1）取两支规格相同的针筒，分别抽取等体积的二氧化碳气体，再分别抽取等体积水和氢氧化钠溶液，然后把针筒的嘴扎进小橡皮塞密封;

（2）用手抓住针筒，上下振荡数次。

（3）两个针筒的活塞都有所下降，其中吸了氢氧化钠溶液的针筒的活塞下降比吸了水的多（即体积减少的多）。

5.设计特色

上述实验三和实验四，需要收集两瓶二氧化碳分开完成，操作不便。为了更方便学生操作，做了如下改进。

（1）用针筒装置，使用的药品量少，节约成本;仪器简单、操作简便，可用于学生分组实验;产生现象的速度较快，有定量的数据体现，对比更明显（该装置可以从定性与定量两个角度反映气体与溶液反应产生的现象）。

（2）利用该装置，分别吸等体积的二氧化碳，再分别吸等体积饱和氢氧化钠溶液和饱和氢氧化钙溶液（图3），密封后振荡。通过观察到氢氧化钠溶液中的活塞下降比较低（该针筒内体积减少得多），说明吸收二氧化碳用氢氧化钠溶液比氢氧化钙溶液效果更好。

（3）利用针筒装置，分别抽取二氧化硫气体和高锰酸钾溶液可以用来检验二氧化硫气体。该装置也适用于其他气体及溶液的反应。

二、探究二氧化碳能与水反应对比实验的改进

1.创意来源

上教版九年级化学教材中将二氧化碳通入滴有紫色石蕊试液的水中，观察到紫色石蕊试液变成红色。为了说明二氧化碳与水反应生成了碳酸，还需要补充做以下实验（图4），先用滤纸做四朵纸花，喷上紫色石蕊试液后晾干，收集两瓶纯净干燥的二氧化碳气体，第一朵纸花喷稀盐酸，纸花变红。第二朵纸花喷水，没有变色。第三朵纸花放入干燥的二氧化碳中，没有变色。第四朵纸花喷水后放入二氧化碳中，纸花变红。依据现象得出：二氧化碳、水不能使石蕊变色，二氧化碳和水反应生成了一种酸（碳酸）使石蕊变色。

2.实验装置

（1）实验材料：

实验仪器（用品）：废弃球形无色糖果盒、玻璃导管、橡胶管、弹簧夹、滤纸、喷壶。

实验药品：干冰、紫色石蕊试液、无水氯化钙（干燥剂）。

（2）实验装置图（图5），装置实物（图6）

3.实验原理

（1）干冰气化产生二氧化碳，无水氯化钙能除去二氧化碳中混有的水蒸气。

（2）干燥的二氧化碳不能使紫色石蕊变色。

（3）二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊变成红色。

4.实验步骤与现象

（1）取两张滤纸，折成两朵纸花，喷紫色石蕊试液后晾干;

（2）按图连接仪器，检查装置气密性良好后，先将无水氯化钙、干石蕊花、水喷湿的石蕊花分别放在对应的球中并旋紧，再将干冰放人第一个球中旋紧;

（3）一段时间观察到，干燥的石蕊花没有变色，而用水喷湿的石蕊花变成红色。

5.设计特色

（1）该装置使用废弃的糖果盒为原料，有利于节能减排;搭建好的装置小巧美观，方便移动，而且可以平放在桌面上，更适合用于学生实验;利于该装置，二氧化碳气体的产生、干燥、性质验证三个内容的操作连贯完成，实验效率更快。

（2）该装置选择干冰作为二氧化碳的来源，若没有干冰，也可以加入石灰石和稀盐酸制取二氧化碳。

在平时的教学中要注重和加强实验教学，让实验更好地服务于教学。尽可能多地设计一些操作简便且学生易上手的实验，将大的实验装置微型化，将开放的装置密闭化，变不可移为可移。努力提高实验条件，不仅要做好教材上的实验，还要开发教材以外的能促进化学教学的实验，做到每个学生都能动手做实验，让学生有更多的机会主动地体验科学探究的过程，发挥学生的主体地位，促进学生的化学学习。