二氧化碳實驗室制法的探討

在教學過程中，教師應(yīng)與學生積極互動，共同發(fā)展，要處理好傳授知識與培養(yǎng)能力的關(guān)系，注重培養(yǎng)學生的獨立性和自主性，引導學生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，在實踐中學習，促使學生在教師指導下主動地富有個性地學習。教師應(yīng)尊重學生的人格，關(guān)注個體差異，滿足不同學生的學習需要，創(chuàng)設(shè)課堂情景，突出探究等活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識。

現(xiàn)結(jié)合人教版初中化學第六單元課題2《二氧化碳制取的研究》，談?wù)勗鯓佑脤嶒灥姆椒▉硖骄繗怏w的制取，以“拋磚引玉”。

一、 提出問題

在前面我們學過，很多種物質(zhì)發(fā)生化學反應(yīng)都能產(chǎn)生二氧化碳氣體，而實驗室制備二氧化碳卻一般均采用大理石（或石灰石）和稀鹽酸為原料進行反應(yīng)，能否改用其他物質(zhì)來代替，為什么？

二、 作出假設(shè)

根據(jù)老師提出的問題，學生依據(jù)自己的知識水平，對上述問題，提出四種可能的假設(shè)：⑴可以用其他物質(zhì)通過受熱分解，燃燒或氧化還原反應(yīng)等制得二氧化碳氣體；⑵可用其他純的碳酸鹽（如：Na2CO3粉末，CaCO3粉末）代替石灰石（或大理石）；⑶可用濃鹽酸或稀硫酸代替稀鹽酸；⑷可用墨魚骨、蛋殼或貝殼等物品代替石灰石（或大理石）與稀鹽酸反應(yīng)。

三、 收集資料

初中化學從第一章到第六章，課本上已介紹過多種反應(yīng)都能產(chǎn)生二氧化碳氣體。從制備過程的衛(wèi)生、安全、原料的成本、操作難易的程度，從制得二氧化碳的含量、純度以及產(chǎn)生二氧化碳氣體的速度等因素考慮，學生通過自己查閱課本，收集整理，可得到下面14種制備二氧化碳的方法。然后通過逐一分析和共同討論，制備二氧化碳的方案優(yōu)缺點列表比較如表1所示。

表1 14種制備二氧化碳方法優(yōu)缺點的比較

從表1不難得出，上述14種方案都不是實驗室制備二氧化碳氣體的可行方案。那么，還有什么較好方案可用來制備二氧化碳氣體呢？

四、實驗探究

根據(jù)學生自己提出的假設(shè)，依據(jù)學生掌握的知識，在老師指導下，學生經(jīng)自己設(shè)計、討論交流，最后選擇8個實驗方案。取8支干凈的試管，進行如下的實驗探究：

方案⑴：放入塊狀的石灰石（或大理石），加入稀鹽酸；

方案⑵：放入碳酸鈉粉末，加入與方案⑴相同濃度和質(zhì)量的稀鹽酸；

方案⑶：放入純的碳酸鈣粉末，加入與方案⑴相同濃度和質(zhì)量的稀鹽酸；

方案⑷：放入石灰石（或大理石），加入等質(zhì)量的濃鹽酸；

方案⑸：放入石灰石（或大理石），加入等質(zhì)量的稀硫酸；

方案⑹：放入墨魚骨與方案⑴相同濃度和質(zhì)量的稀鹽酸；

方案⑺：放入蛋殼與方案⑴相同濃度和質(zhì)量的稀鹽酸；

方案⑻：放入貝殼與方案⑴相同濃度和質(zhì)量的稀鹽酸。

要求學生邊做實驗，邊觀察實驗現(xiàn)象（如：產(chǎn)生二氧化碳氣體的速度、劇烈程度，以及所得氣體的純度、存在的問題等），并記錄實驗現(xiàn)象。

五、獲得結(jié)論

學生在討論、交流基礎(chǔ)上獲得共識：

⑴石灰石（或大理石）與稀鹽酸反應(yīng)，產(chǎn)生二氧化碳氣體的速度適中，氣體量適宜，有利于收集和性質(zhì)實驗。

⑵碳酸鈉粉末或純的碳酸鈣粉末與稀鹽酸反應(yīng)的程度很劇烈，瞬間產(chǎn)生的氣體量太多，不利于收集和性質(zhì)實驗，且粉末易隨氣流上升導致導管的堵塞。

⑶石灰石（或大理石）與濃鹽酸反應(yīng)，雖能得到二氧化碳氣體，但由于濃鹽酸易揮發(fā)出氯化氫氣體，而使得到的二氧化碳氣體不夠純凈。

⑷石灰石（或大理石）與稀硫酸反應(yīng)，由于剛反應(yīng)生成的不易溶于水的硫酸鈣薄膜會覆蓋在石灰石表面，使它不能接觸到稀硫酸，因而反應(yīng)很難繼續(xù)進行，導致難以收集到所需的二氧化碳氣體。

⑸墨魚骨與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡，且墨魚骨浮在液面上。

⑹蛋殼與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生大量細小的泡泡，一些蛋殼浮在液面上，有時會產(chǎn)生一些不太容易破的大泡泡。

⑺貝殼與稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生大量的氣體，反應(yīng)速度適中，但產(chǎn)生一些不太容易破的大泡泡。

通過實驗探究，在分組討論，相互交流的基礎(chǔ)上，學生自己得出了“實驗室制備二氧化碳氣體采用石灰石（或大理石，有時還可以用經(jīng)處理后的較干凈的貝殼）和稀鹽酸為原料反應(yīng)較好”的結(jié)論。因為這個方案原料成本低廉、操作簡單安全，生成二氧化碳氣體速度適中，二氧化碳純度和含量都較高。

六、幾點說明

⑴本案例倡導學生勇于質(zhì)疑，勤于思考的精神，指導學生運用已學過的化學知識和實驗技能方法，來研究、解決問題。同時讓學生明白，實驗無所謂成功與失敗，在于探究過程的參與和親身體驗的快樂。

⑵實驗探究是學習化學的重要方式，教師要做好組織和指導工作，盡量根據(jù)學校的實際情況，安排分組實驗，讓學生自己動手實踐、體驗，在實踐中自己發(fā)現(xiàn)問題與創(chuàng)新。但教師應(yīng)確保實驗能夠順利進行。

⑶實驗探究時重點引導學生認真觀察現(xiàn)象，記錄數(shù)據(jù)，便于分析、討論，得出正確結(jié)論。

⑷本案例可分2課時來完成：

第一課時：①收集資料。討論各制備方案的優(yōu)缺點（資料的收集至少應(yīng)提前1～2周布置同學著手準備）。②制訂實驗方案。在老師的指導下，組織學生自己討論，通過主動發(fā)言，交流匯報各自的觀點、看法和實驗依據(jù)，最后形成共識，確定出確實可行的實驗方案。

第二課時：①實驗探究。學生依據(jù)自己設(shè)計的實驗，在老師指導下，進入實驗室動手做實驗，并記錄各自實驗現(xiàn)象。②獲得結(jié)論。在老師指導下，首先由各實驗小組代表發(fā)言，表述自己觀察到的實驗現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)的問題，以及解決問題的方法，然后，再組織各小組進一步討論，采用求同存異的方法，獲得共同結(jié)論，并把各小組的實驗結(jié)果及看法張貼上墻，在班級范圍內(nèi)匯報交流，互相學習，共同進步。

⑸幾個閃光點：

①在實驗探究過程中，有些同學發(fā)現(xiàn)用“貝殼和蛋殼”做實驗時易產(chǎn)生一些不容易破的大泡泡，直接刺激他們的求知欲望，課后他們有的查閱資料，有的當場請教老師。在弄清楚原因可能是貝殼和蛋殼中含有蛋白質(zhì)等物質(zhì)時，有些同學建議做這個實驗時，應(yīng)先用“鐵刷”把貝殼或蛋殼表面及內(nèi)部刷洗干凈后再與稀鹽酸反應(yīng)。

②墨魚骨在實驗時會浮在液面上，不利于與稀鹽酸反應(yīng)，有的同學就建議把墨魚骨與小石片捆在一起……。這樣通過實驗探究，使他們發(fā)現(xiàn)了問題，激發(fā)了他們解決問題的積極性和主動性，同時更使得同學的理論知識得到了升華。