初中化学“二氧化碳的实验室制取与性质”实验的改进方略

杜杏卫 钟思怡

摘 要：针对人教版初中化学教材九年级上册P125 实验活动2 二氧化碳的实验室制取与性质，进行系统优化探究与改进，该装置实现了用量少，实验现象明显，操作性简捷的一体化的优化目的.同时也顛覆了学生对化学实验常规实验的认知，激发学生的创新兴趣.

关键词：探究与改进;二氧化碳;制取与性质;初中化学

中图分类号：G632   文献标识码：A   文章编号：1008-0333（2022）23-0137-03

收稿日期：2022-05-15

作者简介：杜杏卫（1984.1-），女，河北省石家庄人，研究生，中学一级教师，从事化学教学研究.

化学实验教学可以增强学生的观察能力、动手能力以及科学探究能力，同时也可以调动学生的学习积极性，把知识理论由传统的口头传授变成学生主动的探究，从而获得成就感.在人教版初中化学教材中，二氧化碳的实验室制取与性质为学生必做的8个基础实验之一，因此该实验在现行初中化学教学中占有非常大的比重.在以往的实验过程中存在以下几个问题：为了保证后面的性质实验的顺利进行，大理石（或石灰石）和稀盐酸的用量较多;实验装置也较为复杂;所需实验仪器较多.基于上述原因，为了达到更好的教学效果，笔者在参考大量文献及课堂教学的反复实践摸索，对二氧化碳气体的制取和性质实验进行优化创新改进，有效克服以上弊端.改进后，实验操作更简单、现象明显、时间更短、避免了杂质对实验现象产生干扰，也顺应了绿色化学的时代要求.

1 教材中原反应的不足

人教版初中化学教材中实验活动2 二氧化碳的实验室制取与性质的实验装置如图1所示.

这两种装置是现在课堂教学中常用装置，但在实际教学操作过程中还存在着一些局限性：

（1）反应药品用量无法控制，会造成产生的二氧化碳气体不足，需要反复添加，从而保障有足够的二氧化碳气体可供后面的性质实验使用，但如果产量过多就会造成空气污染.此外当二氧化碳气体大量生成时会造成喷发使得部分液体被压到导气管中或橡胶塞被顶开，影响实验结果;

（2）收集的二氧化碳气体在转移过程中容易逸出，导致后期实验失败;

（3）性质检验实验步骤较为繁琐，且所需二氧化碳气体较多，实验完毕后造成剩余，需要近一步进行尾气处理，以免造成大气污染，违背绿色化学的时代要求.

2 创新设计

2.1 改进方案的分析

通过查阅大量文献发现，针对二氧化碳的制取和性质检测实验的改进，前人已经有了许多的研究成果，包含实验室装置的改造、药品的使用、检测方法的改良、实验家庭化等诸多方面，但这些实验中还是在仪器的使用数量以及药品的用量上存在着一定的缺陷，同时操作过程有些过于繁琐，不便于学生的理解并加以实施操作，且有些实验设计理念相当完美，但实际操作起来却难以达到预期目的.由此，本项目针对以上方案中的不足，做出进一步的优化探究.在本实验摒弃以往的传统发生装置，用新型气体实验器（手枪管）进行适当的改装，在管口连接一单孔胶塞，连接导气管导出二氧化碳气体到小烧杯中进行高低蜡烛熄灭实验，同时对比以往高低蜡烛实验仅能验证二氧化碳气体不支持燃烧这一性质，在此时此实验中事先在烧杯中放置一个底部有小孔的薄铝片把导气管和蜡烛隔开，玻璃导气管只需要伸入烧杯口以下就可以，不必伸到烧杯底，这样既验证了二氧化碳气体不支持燃烧，也可以验证二氧化碳气体的密度比空气大，同时也有效避免了“二氧化碳气体扩散造成上层蜡烛熄灭”这一疑问.同时笔者在手枪管中的凹槽中分别加入干燥的白色滤纸片以及干、湿的蓝色石蕊试纸和澄清石灰水进行性质实验，从而实现了二氧化碳气体的制取和性质实验同步完成，此外为了排除氯化氢气体的对性质检验的干扰，在手枪管弯曲部位塞入一团蘸有饱和碳酸氢钠溶液的棉花进行除杂.

2.2 实验用品

仪器：新型气体实验器（手枪管），单孔橡胶塞，直角玻璃导管，紫色石蕊试纸，胶头滴管，镊子，高度不同的两只生日蜡烛，25mL小烧杯，橡胶管，止水夹，火柴，棉花，事先剪裁好的底部带孔的薄铝片

药品：大理石（或石灰石），稀盐酸，澄清石灰水，饱和碳酸氢钠溶液

2.3 实验原理

CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2O （1）

CO2+H2OH2CO3（2）

NaHCO3+HClNaCl+CO2↑+H20 （3）

Ca（OH）2+CO2CaCO3↓+H2O （4）

CaCO3+CO2+H2OCa（HCO3）2（5）

2.4 实验装置

实验装置如图2所示.

2.5 实验步骤

2.5.1 检查实验装置的气密性

关闭止水夹，塞紧橡胶塞，将导气管下端管口伸到烧杯中的液面以下，双手握紧手枪管，若导气管口有气泡冒出，松开手，导气管中形成一段稳定水柱，说明装置气密性良好.2.5.2 先装药品，再组装仪器

打开橡胶塞，用镊子在手枪管底部加入大约5g大理石;平放手枪管，在手枪管弯曲部分及三个凹槽内由里到外依次加入蘸有饱和碳酸氢钠溶液的棉花、干燥的白色滤纸片、干燥的蓝色石蕊试纸、润湿后的蓝色石蕊试纸、澄清石灰水，塞紧胶塞后将手枪管水平固定在铁架台上;导气管下端伸到预先放置好高低蜡烛的烧杯杯口以下，不宜过长.

2.5.3 性质检验

用火柴点燃蜡烛，打开止水夹用胶头滴管向手枪管底部缓慢加入3-5mL的稀盐酸后再迅速加紧止水夹，反应开始.几秒钟后发现润湿的白色纸片和干燥的蓝色石蕊试纸均没有发生变色，润湿的蓝色石蕊试纸变红，这说明二氧化碳气体自身不能使蓝色石蕊变色，与水反应后生成的碳酸是蓝色石蕊变色的根本原因.澄清石灰水先变浑浊后随着时间的延长又变澄清，这说明二氧化碳气体能使澄清石灰水变浑浊，随着反应的进行，二氧化碳气体的增多，导致生成的碳酸钙转化成可溶性的碳酸氢钙.然后发现蜡烛从低到高依次熄灭，由于事先用一个底部带孔的薄铝片把导气管和蜡烛隔开，从而排除二氧化碳气体扩散对实验的干扰，成功完成了实验，通过此现象既说明了二氧化碳气体不支持燃烧，也说明了二氧化碳气体的密度比空气大.

2.6 注意事项

（1）在发生装置中，由于反应过程中所需二氧化碳气体不多，所以反应试剂不需要过量，否则会造成不必要的浪费.

（2）取用大理石时，尽量选取颗粒较大的，但不能过大，这样反应速率不会过快，速度适中，可以有效地与凹槽内的物质相互反应，从而出现明显的反应现象.

（3）加入稀盐酸时，溶液的浓度不要过高，防止反应发生剧烈，此外加入的量不要过多，不要超过弯曲部分的2/3，防止过多的盐酸反应过程中流到旁边的凹槽中.影响实验的进行，导致实验失败.

（4）横放手枪管时，由于凹槽深度较浅，要缓慢放平稳，防止里面的物质相互污染，此外导气管不要伸入手槍管太长.

（5）烧杯中要事先固定放置一个底部为有小孔的薄铝片，这样使导气管与蜡烛分开，导气管的底部只需要伸到烧杯口下一点，不需要直接伸到底部.

3 优化实验优缺点分析

3.1 优点分析

（1）现场制备，即时进行性质检验，非常便捷，避免了实验过程中的装置的拆装问题，省去了气体收集的环节，从而缩短了整个实验操作时间，实现了教学思路的连贯性，也使得性质检验所用的二氧化碳气体较为纯净，减少了对实验的干扰.

（2）通过在烧杯中固定薄铝片做挡板，排除了二氧化碳气体的扩散的干扰，从而更充分有效地证明了二氧化碳气体的不可燃性，同时也证明二氧化碳气体的密度比空气大.

（3）在本次实验中由于采用了新型气体发生器（手枪管），既节省了药品试剂的用量，绿色环保，反应时间短实验在几秒钟就能观察到明显的现象，产生的污染也相对较少.

（4）该实验可反复操作，实验成功率高，且简单易操作，实验现象明显，便于学生分组实验.

3.2 缺点分析

（1）反应过程中由于是连贯性实验，澄清石灰水的用量较少，变浑浊时间较短，这就要求学生要注意仔细观.

（2）该实验装置未设计证明碳酸易分解和二氧化碳气体易溶水的相关步骤.

在初中化学教学过程中，按照教材的编排顺序分步完成教学后，教师可以在已有知识基础上改进初中化学教材实验的可操作性，可以提高实验的成功率，使实验现象更加明显，提高化学教材实验的教学效果，激发学生的学习兴趣，启发引导学生设计出更适合课堂教学且简洁、连贯、可操作的优化实验方案，培养学生的创新能力，锻炼学生科学探究精神.

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[责任编辑：季春阳]