有關二氧化碳制備及性質的三個創新實驗

金怡

摘要：圍繞二氧化碳制備及性質設計了三組實驗。“二氧化碳的產生”實驗，利用一定高度的油層，延長了碳酸鹽與酸反應時氣泡存在的時間，使現象更明顯、有趣。“二氧化碳的性質”實驗，整合出在較短時間內、用較簡單的操作驗證二氧化碳多種性質的方法，可用于初中化學復習課教學。“二氧化碳的消失與再現”實驗，從多角度驗證二氧化碳與氫氧化鈉溶液的反應，培養學生的發散思維能力，可用于酸、堿、鹽的復習教學。

關鍵詞：二氧化碳；制備；性質；創新實驗；對比實驗

文章編號：1005–6629（2016）5–0065–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

二氧化碳可謂是初中化學的“明星”物質，在《義務教育教科書·化學·九年級全冊》（人教版）中，都有與它相關的實驗。在復習課的教學中，如果簡單地重復教材中的實驗，往往會因課堂教學時空的局限，難以系統再現。故可以以二氧化碳為線索，把散落在各個單元的知識點融會貫通，于是，設計了以下有關二氧化碳的系列對比實驗，主要用于復習階段的課堂教學。

1 實驗一：二氧化碳的產生

1.1 創意來源

實驗室用簡易發生裝置制取二氧化碳，在選擇原料時，教師通常會演示實驗：在裝有大理石的2只燒杯中，分別倒入足量的稀鹽酸和稀硫酸；另一只裝有碳酸鈉固體粉末的燒杯中，倒入足量的稀鹽酸，對比產生氣泡的速度。實驗中，大理石和稀硫酸反應時只在固體表面緩慢產生少量氣泡，反應很快停止，現象不明顯，學生如果觀察不仔細，就會誤以為大理石不能與稀硫酸反應。碳酸鈉粉末與稀鹽酸反應過于劇烈，如反應物的量少，現象消失速度過快；如量多，液體易沖出容器口。為此，對此實驗做如下改進：

（1）將酸溶液染色，在酸液上方倒入一定高度的植物油。植物油主要的作用有：第一，油層可以使下層液體中反應產生的氣體，形成便于觀察的氣泡。當氣泡涌出速度較快時，會將有色液珠拖拽至油層后又落下，放大了實驗現象，增加了趣味性。第二，碳酸鈉與稀鹽酸反應劇烈，產生的氣泡附著在固體表面，可使固體所受浮力增大，上升至油層，減少與酸的接觸，使反應速度得到一定的控制。

（2）在錐形瓶口的橡膠塞上安裝一根玻璃管，在其上端系牢一個小氣球。

1.2 實驗用品

儀器：250mL錐形瓶3只、單孔橡皮塞3只、鑷子、燒杯2只、玻璃棒等

藥品：450mL植物油、塊狀大理石、塊狀碳酸鈉、200mL稀鹽酸、100mL稀硫酸、少許食用色素（可溶于水，不能溶于油）、氣球3只等

1.3 裝置圖

1.4 實驗步驟及現象

（1）向瓶1中倒入100mL染色的稀硫酸，瓶2和瓶3中分別倒入100mL染色的稀鹽酸。

（2）在3個錐形瓶中各倒入150mL大豆油。

（3）靜置分層后，依次向瓶2、瓶3和瓶1中加入1粒塊狀大理石、1塊碳酸鈉固體和1粒塊狀大理石，3塊固體均為蠶豆大小。加入固體后立即塞緊橡皮塞。

1.5 設計特色

（1）本實驗利用一定高度的油層，延長了氣泡存在的時間，可以清晰地對比3個反應產生二氧化碳氣體的差異。實驗現象明顯，趣味性強。

（2）因為選用的食用色素不溶于油，所以油層可以反復使用。

2 實驗二：二氧化碳的性質

2.1 創意來源

二氧化碳的性質，在《義務教育教科書·化學·九年級上冊》（人教版）的第六單元的課題3中，其中一個實驗為：在燒杯中固定2支高低不等的蠟燭，點燃后，將二氧化碳氣體慢慢倒入燒杯中[1]，該實驗成功率不高。另一個實驗為：取4朵用石蕊溶液染成紫色的干燥小花，其中3朵分別接觸稀醋酸、水、二氧化碳，1朵噴水后接觸二氧化碳，變色后再用吹風機烘干[2]，該實驗準備工作量大。這兩個實驗在同一課時，演示時間較長。為此，對此實驗做如下改進：將這兩個實驗體現出的二氧化碳的性質整合到一個實驗中，縮短演示時間，培養學生多方位觀察現象、綜合分析問題的能力，且適用于單元復習課教學。

2.2 實驗用品

儀器：集氣瓶（250mL）2只、燃燒匙、水槽等

藥品：二氧化碳2瓶、空氣2瓶、玻璃片4片、噴壺、蠟燭、火柴、藍色石蕊試紙、水等

2.3 裝置圖

2.4 實驗步驟及現象

（1）在收滿二氧化碳的2個集氣瓶口，分別蓋上玻璃片，玻璃片朝向二氧化碳一面分別貼一張干燥的藍色石蕊試紙和一張濕潤的藍色石蕊試紙（也可用多張藍色石蕊試紙貼出有趣的圖案）。

（2）將裝有二氧化碳和空氣的集氣瓶如圖2所示放置，抽出兩個集氣瓶間的玻璃片，觀察試紙顏色。將玻璃片放置在空氣中。

（3）1分鐘后取下兩只裝空氣的集氣瓶，蓋好玻璃片，分別伸入燃著的蠟燭，觀察現象。

（4）再觀察玻璃片上的石蕊試紙顏色。

2.5 設計特色

（1）本實驗操作簡單，成功率高，并節約了演示時間。

（2）實驗現象除了體現二氧化碳的相關知識以外，還可運用分子是不斷運動的、不同種分子的一般化學性質不同等相關知識來解釋，將宏觀現象與微觀本質相聯系，培養學生透過現象看本質的能力。

3 實驗三：二氧化碳的消失和再現

3.1 創意來源

二氧化碳與氫氧化鈉溶液反應時沒有明顯現象，為了證明兩者確實可以反應，通常教師會準備2套相同的密閉裝置，收滿二氧化碳后，分別加入等體積的氫氧化鈉溶液和水，使裝置內壓強減小，比較壓強減小的幅度；或者用過量的酸來檢驗二者混合后的溶液中含有碳酸鹽。本實驗合二為一，裝置簡易，能培養學生的發散思維能力，可用于酸堿鹽的復習教學。

3.2 實驗用品

儀器：1.25L軟質塑料瓶、60mL注射器1支

藥品：氫氧化鈉固體、無色酚酞溶液、37.5%的稀硫酸溶液40mL、水300mL、二氧化碳、蠶繭、細線等

3.3 裝置圖

3.4 實驗步驟及現象

（1）向裝滿二氧化碳的軟質塑料瓶中，倒入300mL滴有無色酚酞試液的水，把裝有約3克氫氧化鈉固體的蠶繭，用細線吊在瓶口內，立即旋緊瓶塞，振蕩。塑料瓶略有收縮。

（2）反復倒轉瓶身，用力振蕩，溶液變紅，塑料瓶進一步變癟。

（3）將注射器中的40mL溶質質量分數為37.5%的稀硫酸溶液注入瓶中，振蕩，溶液褪色，溶液中有許多小氣泡，過一會兒，塑料瓶重新鼓起。

3.5 設計特色

（1）本實驗操作方便，裝置簡單且可以多次反復使用，實驗現象明顯。

（2）通過從不同角度對比，使學生認識到氫氧化鈉能與二氧化碳反應，對該反應一般要在溶液中進行、反應的產物中含有碳酸鹽有了直觀的深刻印象。

（3）培養學生全面觀察、分析實驗現象的能力。

參考文獻：

[1][2]王晶，鄭長龍主編.義務教育教科書·化學（九年級上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：117，118.

[3]中華人民共和國教育部制定.義務教育化學課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

[4]楊劍春主編.初中化學教學建議[M].南京：南京師范大學出版社，2009.

[5]楊劍春主編.課程標準的教學解析和實施建議·化學（九年級）[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[6]蔡亞萍主編.中學化學實驗設計與教學論[M].杭州：浙江教育出版社，2005.