二氧化碳性質實驗的研究性創新

王士富

九年級化學教材無論是什么性質的版本,都編排了二氧化碳性質的教學課題,且十分相似地涉及眾多的探究性實驗和教師演示實驗,究其實驗方案,基本上都采用了傳統而又經典的操作方法.根據化學教師的演示經歷,結合筆者自身的操作感受,經過長期的悉心思考,發現教材中一直沿用的二氧化碳滅燭實驗和二氧化碳密度比空氣大的驗證性實驗,存在著可見性低、嚴密性差、安全系數不高的弊端.經過精心研究和整合,沿著“細思考—勤實踐—再驗證”的路徑,對上述兩則實驗進行了廣角創新設計.

一、新建實驗原理:增強實驗嚴謹性,提高實驗穩定性

驗證二氧化碳的密度比空氣大

教學中常用的實驗方法是,利用托盤天平或杠桿吊著紙杯的“土天平”,通過向某一端的杯中傾倒二氧化碳,努力捕獲杯子下沉的現象,企望問題得到驗證.事實上,由于托盤天平受到自身感量因素的制約,集氣瓶盛放的二氧化碳質量很小,導致實驗的可見性很差.也有不少教師改用“土天平”來實驗,但“土天平”杠桿兩端懸掛的紙杯搖擺起伏不定,增大了實驗操作和觀察現象的難度.近年來又有不少教師設計了用兩個氣球(或塑料保鮮袋),分別充滿二氧化碳和空氣,置于同一高度、同一時刻下落,觀察氣球落地的先后(先落地的是二氧化碳,后落地的是空氣).殊不知,實驗中存在許多不嚴密的地方——氣球自身的質量不完全相等;充氣后氣球的體積和形狀不完全相同.這些因素都直接影響氣球落地的先后.凡此種種,從現象的不穩固性到結論的不確定性,很多教師苦于找不到理想的突破方法,其制約教學效益的瓶頸越發顯現出來.

在長期的教學中,筆者針對實驗中暴露出的問題,逐一研究.尊崇徹底消除實驗弊端、賦予操作方案的科學性的原則,全力確保實驗的穩固性和現象的可見性,使實驗有100%的成功率.于是設計出以下實驗方法:取一只集氣瓶,注入少量澄清的石灰水(做顯示劑),然后向瓶內傾倒一瓶二氧化碳(持續約6秒鐘),蓋上玻璃片振蕩.非常清晰地觀察到澄清的石灰水變渾濁.此現象表明二氧化碳已成功倒入瓶內,這個事實鐵證了二氧化碳的密度比空氣大;接著順勢分析澄清的石灰水遇到二氧化碳變渾濁的原理,揭示二氧化碳能和氫氧化鈣起反應的化學性質.在事先準備好二氧化碳和澄清石灰水的條件下演示,不存在任何不確定的因素.該實驗的最大創新之處在于,徹底排除了傳統實驗中的諸多不確定因素,穩固性、可操作性以及可見性極強.

此項操作的另一個妙處在于,一個實驗折射出二氧化碳的兩種性質,實現了教學二氧化碳物理性質和化學性質的無縫對接.

二、新辟實驗路徑:增大實驗可控性,提升實驗可視性

探究二氧化碳的滅火性實驗

二氧化碳不可燃也不支持一般物質的燃燒.對于此性質的探究,教材中一直沿用了較為傳統而又經典的二氧化碳滅燭實驗:即在燒杯內點燃兩支呈階梯形的蠟燭,然后倒入一瓶二氧化碳氣體,觀察蠟燭燃燒的變化.實際上,只要是動手演示的教師,都深深體驗到了實驗本身存在著以下幾個嚴重的缺陷:1.實驗的安全性差.在傾倒二氧化碳的過程中,操作者雙手被蠟燭火焰灼烤,苦痛難耐,背離了人性化的原則;2.蠟燭正常燃燒的火焰較旺,在燒杯內燃燒放熱使杯內氣體熱膨脹,二氧化碳氣體很難倒入杯底,導致滅燭實驗失敗;3.受燒杯自身口徑的制約,倒進的二氧化碳往往會將高的火焰撲滅,從而造成實驗的負效應.筆者基于長期的感悟所得,借參加2008年江蘇省初中優秀化學實驗教學課大賽的契機,徹底改變了原有的實驗思維,變“靜態”的蠟燭為動態,變“動態”的二氧化碳為靜態,從改進方案到演示效果都得到了省級專家組評委的高度贊同.具體做法是:即向燒杯內倒入一瓶二氧化碳氣體,然后將燃著的階梯形蠟燭緩緩地伸進燒杯內.看到矮的蠟燭先滅,高的蠟燭后滅.實驗的節奏和現象完全可由演示者按意愿控制,不受時間因素干擾.實驗以簡便的操作、準確的現象和科學的結論,征服了親臨課堂的省級評委組的每一位專家.演示者完全擁有現象的掌控權,操作十分方便自如,變蠟燭的靜態為動態,可視性極強.實驗的成功率100%.非常科學嚴密地體現了蠟燭不支持燃燒的滅火性質.

平心而論,九年級化學教材中有許多經典實驗,實驗方法被長期傳承和運用.但不排除有的實驗存在諸如操作不便、嚴密性差、現象不穩固等瑕疵.化學教師應以科學創新的態度去審視每一個實驗,勤于反思,善于琢磨,精于研究,勇于創新,使教學行為變得更加有效.

(責任編輯:廖銀燕)