探究二氧化碳性質(zhì)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

孫延波 張大臣

（1 山東省滕州市官橋中學(xué) 山東 滕州 277500；2 山東省滕州市教學(xué)研究室 山東 滕州 277500）

在我們所使用的現(xiàn)行教材中，有關(guān)探究二氧化碳性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，有的實(shí)驗(yàn)過程不夠簡捷，有的操作步驟不夠合理，有的證明依據(jù)不夠嚴(yán)密，可能導(dǎo)致對實(shí)驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生錯(cuò)誤的理解，這就需要根據(jù)具體情況對實(shí)驗(yàn)的操作程序及步驟進(jìn)行改進(jìn)，以求實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象更加明顯，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育價(jià)值。

實(shí)驗(yàn)一：證明二氧化碳的密度比空氣大

教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：在托盤天平兩邊各放一只250 mL 的燒杯，調(diào)節(jié)天平平衡。然后向其中一只燒杯中慢慢傾倒集氣瓶中的二氧化碳?xì)怏w。觀察現(xiàn)象。

存在的問題： 由于在傾倒的過程中氣體會擴(kuò)散，并且傾倒的速度過快或過慢，都會影響到“天平傾斜” 的現(xiàn)象不明顯，使得實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的可信度降低。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1 所示。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：把充有空氣的氣球放入燒杯中，將導(dǎo)氣管管口伸入到燒杯的底部，然后通入二氧化碳，觀察現(xiàn)象。隨著二氧化碳的通入，可以觀察到氣球慢慢升起，懸浮在燒杯里。

改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)：

圖1

1．改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)效果非常明顯，成功率高。

2．增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度和可見度。

3．便于制作和操作， 可以作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)的探究興趣。

實(shí)驗(yàn)二：證明二氧化碳溶于水

教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：向盛有二氧化碳的軟塑料瓶中加入適量的蒸餾水，迅速擰緊瓶蓋，振蕩。可以觀察到軟塑料瓶變癟。說明二氧化碳溶于水。因?yàn)槎趸既苡谒沟闷績?nèi)的氣壓減小，所以瓶子變癟。

但在實(shí)際操作中存在這樣的問題：一是用塑料瓶采取向上排空氣法收集二氧化碳，塑料瓶不易穩(wěn)定放置；二是需要二氧化碳的量較大，收集時(shí)間較長。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)裝置如圖2 所示。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

圖2

1．向裝有二氧化碳的集氣瓶中注入適量水，蓋上玻璃片，充分振蕩，將集氣瓶倒置過來，可以觀察到玻璃片沒有掉下來。

改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)效果能更好地說明，由于瓶內(nèi)的二氧化碳溶于水， 使得瓶內(nèi)的氣壓小于外界大氣壓，大氣壓產(chǎn)生的壓力能夠托住玻璃片，不至于掉下來。對這個(gè)實(shí)驗(yàn)學(xué)生充滿了好奇， 增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的可信度，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣。

2．用注射器吸入10 mL 二氧化碳?xì)怏w再吸收10 mL蒸餾水，然后用橡皮塞堵上針眼，充分振蕩。發(fā)現(xiàn)注射器中氣體量減少了。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)不僅能夠說明二氧化碳能溶于水，更是直觀地表示出二氧化碳?xì)怏w溶解了多少。

3．將充滿二氧化碳?xì)怏w的試管倒扣于水中，輕輕晃動試管，可以觀察到試管內(nèi)液面上升。這個(gè)實(shí)驗(yàn)簡單易行，也能說明氣體溶于水，學(xué)生樂于嘗試。

實(shí)驗(yàn)三：證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)

因?yàn)镃O2通入到NaOH 溶液中無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，那么怎么證明CO2與NaOH 是不是確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)？

我們通常采用的實(shí)驗(yàn)方案是： 將CO2通入到NaOH 溶液中，證明生成了新物質(zhì)Na2CO3，在反應(yīng)后的溶液里滴加鹽酸，如果有氣泡產(chǎn)生，就證明CO2與NaOH 發(fā)生了反應(yīng)。

但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)，在邏輯上還是嚴(yán)密性不足。理由如下：因?yàn)镃O2也能與NaOH 溶液中的H2O 反應(yīng)生成H2CO3， 同樣含有CO32－，那么如何證明是Na2CO3中的CO32－與酸反應(yīng)放出的CO2，還是H2CO3中的CO32－與酸反應(yīng)放出的CO2？ 這就需要消除H2CO3的影響。

我們將實(shí)驗(yàn)過程做了以下改進(jìn)：先將反應(yīng)后的溶液加熱，使H2CO3分解，冷卻到室溫，再滴加鹽酸，有氣泡產(chǎn)生，就證明CO2與NaOH 確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)。改進(jìn)后的這個(gè)實(shí)驗(yàn)方案排除了干擾， 變得更加邏輯嚴(yán)密、步驟完整，可以獲得準(zhǔn)確的結(jié)論。

也可以設(shè)計(jì)下面的實(shí)驗(yàn)，更直觀地證明二氧化碳與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)：

向盛有二氧化碳的軟塑料瓶中直接加入兩藥匙氫氧化鈉固體，迅速擰緊瓶蓋，充分搖晃。過一會，可以觀察到軟塑料瓶變癟， 并能感受到塑料瓶發(fā)熱變燙。再向塑料瓶中加入鹽酸，又觀察到有氣泡產(chǎn)生。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡單，效果明顯。能充分說明二氧化碳與氫氧化鈉確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。