优化设计 提高效率

邬成香 刘松

探究二氧化碳的性质实验是化学实验教学的重点之一。为帮助学生更好地理解二氧化碳的性质，培养其观察的习惯和创新能力，我们改进了原有的实验装置，将探究二氧化碳性质的几个实验组合在一起，既节约了药品，又提升了教学效率。

一、实验准备

玻璃管、集气瓶、玻璃片、气球皮、胶塞、导管、玻璃活塞、胶头滴管、球形干燥管、试管、止水夹、喷雾瓶、火柴、蜡烛、棉花。

稀盐酸、醋酸、石灰石、饱和碳酸氢钠溶液、氯化钙固体、蒸馏水、澄清的石灰水、紫色石蕊试液浸泡过的滤纸条。

二、改进后的实验装置

改进后的实验装置如图1。

三、改进后的实验装置介绍

在二氧化碳气体的制取装置A的直角导气管上连接一根干燥管，干燥管的前端放入浸有饱和碳酸氢钠溶液的棉花团，用于吸收挥发的氯化氢气体。干燥管的圆球部分放入氯化钙固体，用于吸附二氧化碳气体中的水分，获得干燥、纯净的二氧化碳，以利于后续实验的顺利完成。

B装置中的玻璃管贴有4张用紫色石蕊试液浸泡过的滤纸条，内侧干、外侧干、内侧湿和外侧湿的各1张并编号，外侧湿的滤纸条表面贴有塑料薄膜，避免后续实验过程中受到影响。C、D集气瓶中装有约1/3的水，胶头滴管中装有紫色石蕊试液，胶头与滴管接触的地方用线或橡皮筋绑紧，防止实验过程中漏气，影响实验效果。

四、实验操作与结果

探究1：二氧化碳气体的检验

问题1：生成的是否为二氧化碳气体？

实验：打开左边的止水夹，启动反应装置，向集满气体的一个集气瓶中倒入少量的澄清石灰水，观察现象。

现象：澄清的石灰水变浑浊。

结论：集气瓶中收集的是二氧化碳气体，进一步推断二氧化碳与石灰水发生了反应。

探究2：—般条件下二氧化碳的灭火性

问题2：为什么二氧化碳气体能灭火？

实验：打开左边的止水夹，启动反应装置，关闭右边的止水夹。用细沙固定高、矮蜡烛，用玻璃管集满二氧化碳气体，用镊子取下玻璃管下端的气球皮。

现象：矮蜡烛先熄灭，高蜡烛后熄灭。

结论：二氧化碳不燃烧也不支持燃烧，密度大于空气。

创新点：成功率高，操作安全;教师课前无需提前准备二氧化碳;蜡烛易固定，烛油易清理。

探究3：哪种物质使紫色石蕊濾纸条变红

问题3：二氧化碳与水反应了吗？

实验：打开左边的止水夹，启动反应装置，关闭右边的止水夹。玻璃管内壁分别贴有湿润和干燥的紫色石蕊滤纸条。用喷瓶向玻璃管外壁上4号滤纸条喷醋酸。

现象：玻璃管中1号滤纸条颜色不变，2号滤纸条由紫变红，4号滤纸条变红。

结论：二氧化碳不能使干燥的紫色石蕊滤纸条变色，水不能使干燥的紫色石蕊滤纸条变色。二氧化碳能使湿润的紫色石蕊滤纸条变红，醋酸能使紫色石蕊滤纸条变红，说明二氧化碳气体不显酸性。但二氧化碳和湿滤纸条上的水反应会生成碳酸，显酸性，碳酸使湿润的紫色石蕊滤纸条变红。对比分析内部滤纸条颜色的变化，得出二氧化碳与水反应的结论。

探究4：二氧化碳的溶解性实验

实验：打开左边的止水夹，启动反应装置，用集气瓶D收集一瓶二氧化碳，向D瓶中倒入约1/3体积的水，立即塞紧胶头滴管（胶帽内已吸取紫色石蕊试液）的单孔塞，振荡。同时向装有空气的C瓶中倒入约1/3体积的水，立即塞紧胶头滴管（胶帽内已吸取紫色石蕊试液）的单孔塞，振荡。

现象：D瓶胶帽变瘪，紫色石蕊试液自动滴下且溶液变红，C瓶胶帽形状和紫色石蕊试液颜色均无变化，如图5。

结论：胶帽变瘪说明集气瓶内部气压变小，证明二氧化碳能溶于水。二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊试液变红。

探究5：碳酸受热分解实验

实验：取下玻璃管中的2号变色后的湿润石蕊滤纸条，在点燃的酒精灯上方烘干。

现象：湿润的红色石蕊滤纸条随着水分的蒸发逐渐变成紫色。

结论：碳酸不稳定，易分解。

五、实验装置设计的优点

1.利用一体化的装置设计巧妙地探究了二氧化碳的物理性质和化学性质，几个实验一气呵成，对比强烈，实验现象明显，连贯性强。

2.本实验装置充分运用控制变量法、对比实验法培养学生的观察能力和探究精神，降低了学生理解的难度，有利于提高学生的科学素养。

3.该装置中的实验反应可以随时发生、随时停止，气体循环使用，减少了向大气中排放的二氧化碳量。