二氧化碳的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新與教學(xué)設(shè)計(jì)

徐丹丹，劉 翠

(1.徐州市科技中學(xué)，江蘇 徐州 221000;2;江蘇師范大學(xué)教師教育學(xué)院,江蘇 徐州 221116)

中學(xué)化學(xué)課程以培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科能力、提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為主旨。化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化學(xué)學(xué)科特色之一，在日常教學(xué)中的地位舉足輕重。怎樣提高課堂效率，在課堂上成功做好化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及最大化發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育教學(xué)功能是化學(xué)教師必須探索的問(wèn)題。

1 實(shí)驗(yàn)的價(jià)值及存在的問(wèn)題

二氧化碳是初中化學(xué)階段所要學(xué)習(xí)的一種極其重要的元素化合物，二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法及性質(zhì)是初中現(xiàn)行課程標(biāo)準(zhǔn)中8個(gè)重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)之一。通過(guò)這一系列實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)二氧化碳的主要物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，學(xué)習(xí)基本的實(shí)驗(yàn)技能，了解二氧化碳對(duì)人類(lèi)生活和生產(chǎn)的意義。

目前滬教版九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)教材中這部分知識(shí)是安排兩課時(shí)，第1課時(shí)學(xué)習(xí)二氧化碳的性質(zhì)，二氧化碳?xì)怏w的制備安排在第2課時(shí)。人教版教材中是第1課時(shí)學(xué)習(xí)二氧化碳?xì)怏w的制取，第2課時(shí)學(xué)習(xí)二氧化碳的性質(zhì)。兩種教材均使用集氣瓶來(lái)收集儲(chǔ)存二氧化碳?xì)怏w。實(shí)際教學(xué)中，筆者發(fā)現(xiàn)，教師在帶領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)制取及驗(yàn)證二氧化碳的有關(guān)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w速率較快，而且二氧化碳?xì)怏w長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)存在集氣瓶中容易逸散，會(huì)大大影響實(shí)驗(yàn)效果。課堂上，老師們時(shí)常將二氧化碳的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)聯(lián)在一起快速完成，然后再來(lái)討論相關(guān)的問(wèn)題，這種方法一定程度上制約了學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣，影響課堂教學(xué)效果。或者教師需要課前準(zhǔn)備多瓶二氧化碳才能完成二氧化碳的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，費(fèi)時(shí)且浪費(fèi)藥品。能否想辦法既不浪費(fèi)藥品、又能給學(xué)生充分的探究時(shí)間，完成二氧化碳這一系列相關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

筆者通過(guò)查閱網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)發(fā)現(xiàn)，對(duì)二氧化碳的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)比較多，二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法改進(jìn)有些也很有創(chuàng)意，但仍存在或多或少的不足。知識(shí)不應(yīng)該是割裂開(kāi)的，實(shí)驗(yàn)如果有連貫性，形成一組實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果也會(huì)更好。基于這些考慮，從利于知識(shí)的整體性、全面性角度出發(fā)，筆者將這一系列實(shí)驗(yàn)再作改進(jìn)和創(chuàng)新設(shè)計(jì)。

2 實(shí)驗(yàn)原理

制取二氧化碳：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

二氧化碳性質(zhì)：密度比空氣大，一般情況下不可燃、不支持燃燒，與水反應(yīng)生成碳酸，能使澄清的石灰水變渾濁。

3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

3.1 實(shí)驗(yàn)儀器、用品及藥品

電子秤、錐形瓶、1000mL燒杯、玻璃片、氣球、膠塞、導(dǎo)管、玻璃活塞、坩堝鉗、試管、火柴、棉條、稀鹽酸、石灰石、飽和碳酸氫鈉溶液、氯化鈣固體、蒸餾水、澄清的石灰水、藍(lán)色石蕊試紙。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

(1)在二氧化碳?xì)怏w的制取裝置的直導(dǎo)氣管部位加裝一個(gè)玻璃活塞，上端安裝一個(gè)彩色的氣球，用于收集、貯存制取的氣體。氣球中貯存的氣體通過(guò)連接的玻璃活塞隨時(shí)取用，足夠順利完成二氧化碳的有關(guān)性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

(2)直角導(dǎo)氣管連接一個(gè)干燥管，干燥管的前端放入浸有飽和NaHCO3溶液的棉花團(tuán)，用于吸收除去揮發(fā)出來(lái)的氯化氫氣體，干燥管的圓球部分放入固體CaCl2，用于吸附二氧化碳?xì)怏w中混有的水分，獲得干燥純凈的二氧化碳，以利于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的順利完成。

(1)用氣球收集、貯存氣體，取用方便，利于完成后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

(2)用干燥管除去HCl氣體和水蒸氣，制得的二氧化碳?xì)怏w更純凈。

4 教學(xué)設(shè)計(jì)方案

4.1 稱(chēng)量燒杯中二氧化碳的質(zhì)量

教師活動(dòng)

【實(shí)驗(yàn)】(1)取1000mL大燒杯和玻璃片，放在電子秤上，然后將讀數(shù)清零。

(2)用大燒杯收集二氧化碳，并用燃著的火柴驗(yàn)滿，蓋上玻璃片再放在電子秤上，稱(chēng)量，讀出其質(zhì)量。然后移開(kāi)玻璃片，讓學(xué)生觀察讀數(shù)的變化。

學(xué)生活動(dòng)

觀察，記錄，思考

【回答】燒杯內(nèi)二氧化碳的質(zhì)量為0.667g，移開(kāi)玻璃片，電子秤讀數(shù)不斷減小。

【思考】電子秤讀數(shù)為什么不斷減小？

設(shè)計(jì)意圖

用稱(chēng)量數(shù)據(jù)的方法定量的驗(yàn)證二氧化碳?xì)怏w的密度大于空氣，有效提高學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)。通過(guò)電子秤示數(shù)不斷變小，學(xué)生直觀感受到二氧化碳?xì)怏w的擴(kuò)散，有助于學(xué)生“微粒觀”的形成。

4.2 驗(yàn)證二氧化碳的密度大于空氣

教師活動(dòng)

【實(shí)驗(yàn)】把裝有空氣的兩只相同大小的氣球分別放入盛有二氧化碳?xì)怏w和空氣的兩只燒杯中，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)

觀察現(xiàn)象，看到放入盛有二氧化碳?xì)怏w的燒杯中的氣球漂浮起來(lái)了。

設(shè)計(jì)意圖

通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀的感受到二氧化碳?xì)怏w的密度大于空氣，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)的趣味性。

4.3 二氧化碳?xì)怏w和水反應(yīng)

教師活動(dòng)

【實(shí)驗(yàn)】在一只試管上分別纏繞一段濕潤(rùn)的和干燥的藍(lán)色石蕊試紙，然后放入盛有二氧化碳?xì)怏w的燒杯中，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)

【回答】干燥的藍(lán)色石蕊試紙沒(méi)有變化，濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅色，說(shuō)明二氧化碳?xì)怏w和水反應(yīng)生成了酸性物質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖

創(chuàng)新的使用干、濕藍(lán)色石蕊試紙做對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)不同的現(xiàn)象驗(yàn)證二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸，實(shí)驗(yàn)效果明顯，操作簡(jiǎn)單、直觀。取出試管片刻，可以看到變紅的石蕊試紙重新變回藍(lán)色，驗(yàn)證碳酸不穩(wěn)定，易分解。連貫的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)優(yōu)于教材上的處理，易于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解。

4.4 二氧化碳的滅火實(shí)驗(yàn)

教師活動(dòng)

【實(shí)驗(yàn)】用坩鍋鉗夾著燃燒著的棉條的一端，慢慢放入盛有二氧化碳的燒杯中，然后再慢慢提起，最后把棉條全部放入燒杯中，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)

觀察，思考，回答

【回答】火柱上的火焰由下向上慢慢熄滅，提起后，棉條由上到下慢慢復(fù)燃。二氧化碳具有不助燃、不可燃、密度大于空氣的性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖

通過(guò)棉條火焰的逐漸熄滅和逐漸復(fù)燃，清晰演示二氧化碳能滅火的連續(xù)過(guò)程，可以反復(fù)操作，給學(xué)生充分觀察和思考的時(shí)間，加深學(xué)生對(duì)二氧化碳能滅火這一原理的理解。實(shí)驗(yàn)中有趣的現(xiàn)象可以喚起學(xué)生的求知欲，讓學(xué)生更好的融入課堂。

4.5 二氧化碳能和澄清的石灰水反應(yīng)

教師活動(dòng)

【實(shí)驗(yàn)】在裝滿二氧化碳?xì)怏w的集氣瓶中倒入少量澄清的石灰水，振蕩，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象。

【追問(wèn)】如果捏起玻璃片，會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？

學(xué)生活動(dòng)

觀察，思考，討論

【回答】澄清的石灰水變渾濁，集氣瓶可能會(huì)掉下來(lái)。

教師捏起玻璃片，集氣瓶沒(méi)有掉下來(lái)。

學(xué)生討論，集氣瓶為什么會(huì)吸在玻璃片上，不掉下來(lái)？

設(shè)計(jì)意圖

利用和學(xué)生預(yù)期不一樣的現(xiàn)象引發(fā)學(xué)生主動(dòng)的思考，讓學(xué)生直觀感受到集氣瓶?jī)?nèi)外壓強(qiáng)的變化，進(jìn)而得出二氧化碳能和澄清的石灰水反應(yīng)的性質(zhì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

5 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)意義

(1)通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)化，增添化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考，加深學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解。讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中領(lǐng)會(huì)創(chuàng)新精神，有利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)。

(2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的授課方式有利于學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)世界的奧秘，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的教育功能，使學(xué)生的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸鲃?dòng)求知式”，體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位。

6 幾點(diǎn)說(shuō)明

該實(shí)驗(yàn)裝置(如下圖)還可以完成氧氣的相關(guān)實(shí)驗(yàn)：氧氣的制取與儲(chǔ)存、實(shí)現(xiàn)細(xì)鐵絲在氧氣中持續(xù)燃燒等。用于完成氫氣的制取、儲(chǔ)存及氫氣的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，效果也很好。