滬教版“二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”的改進(jìn)與創(chuàng)新初探

帥小寶

（福建省石獅市實(shí)驗(yàn)中學(xué)，福建石獅 362700）

引 言

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》特別強(qiáng)調(diào)對學(xué)生能力的培養(yǎng)，強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)要求。在教學(xué)中，教師應(yīng)注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)，創(chuàng)設(shè)以實(shí)驗(yàn)為主的科學(xué)探究活動，以提升學(xué)生的科學(xué)探究能力[1]。為了讓學(xué)生更好地掌握知識，提高探究能力和創(chuàng)新精神，筆者結(jié)合教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，對教材實(shí)驗(yàn)中存在的不足提出改進(jìn)和創(chuàng)新建議。

一、教材實(shí)驗(yàn)存在的問題

CO2的制取和性質(zhì)是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)內(nèi)容，教材就CO2的制取和性質(zhì)設(shè)計(jì)了5個實(shí)驗(yàn)（見圖1-5），分別證明CO2能使石灰水變渾濁、使紫色石蕊試液變紅、不可燃不助燃、密度大于空氣的主要性質(zhì)。其中，將CO2通入紫色石蕊試液實(shí)驗(yàn)無法突破“CO2本身無酸性，是CO2與水反應(yīng)產(chǎn)生酸性物質(zhì)使其變色”這一難點(diǎn)，且容易讓學(xué)生誤認(rèn)為：可用紫色石蕊試液檢驗(yàn)CO2氣體。再者，將CO2氣體倒入放有高低蠟燭的燒杯中的實(shí)驗(yàn)，需要事先收集CO2，準(zhǔn)備工作耗時間，且制取的CO2若氣密性不好容易逸散，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。該實(shí)驗(yàn)由于燃燒放熱讓氣體無法下沉，若操作稍有不當(dāng)，就會看到上層蠟燭先滅等現(xiàn)象，產(chǎn)生反效果，甚至容易燙傷。5個實(shí)驗(yàn)藥品消耗量大，器材煩瑣，教學(xué)中攜帶不便，操作中存在不足之處。針對上述問題，筆者對該課實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)及使用說明

（一）儀器和藥品

廣口瓶一個（配橡皮塞）、注射器1支、橫口試管3支、酒精燈、打火機(jī)、鑷子、小木條、棉花、藍(lán)色石蕊試紙、大理石（或石灰石）、稀鹽酸、澄清石灰水。

（二）實(shí)驗(yàn)裝置及操作

第一，將單孔橡皮塞打孔，套入橫口試管，并將注射器針頭插入單孔橡皮塞。裝置組裝如圖6所示。

第二，用注射器中吸取少量稀鹽酸，在集氣瓶中加入石灰石，在橫口試管中加入少量澄清石灰水。塞好瓶塞，往瓶中慢慢注入少量稀鹽酸，在試管口放一根燃著的木條，可觀察到木條熄滅（如圖7）。這說明，CO2不能燃燒也不支持燃燒的化學(xué)性質(zhì)，收集CO2氣體時常用于驗(yàn)滿。過一段時間可觀察到澄清石灰水變渾濁，說明CO2能與石灰水反應(yīng)，使澄清石灰水變渾濁，常用此法檢驗(yàn)CO2氣體。

第三，將圖6中的瓶塞取出，換成套有兩個橫口試管的雙孔橡皮塞，兩個試管上下分別放一小段干燥和濕潤的藍(lán)色石蕊試紙，橫口處塞一團(tuán)用于吸收水蒸氣的棉花，組裝成如圖8所示的裝置。

第四，瓶中殘留的CO2，可以使?jié)駶櫟氖镌嚰垼ㄓ遥┳兗t，而左邊干燥石蕊試紙不變紅（見圖8、圖9）。該實(shí)驗(yàn)直觀說明CO2本身沒有酸性，是CO2與水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)，使石蕊試紙變紅。同時，觀察到試管底部的石蕊試紙比管口試紙更快變紅，說明CO2密度大于空氣。若要證明碳酸不穩(wěn)定，可取管口變色后的濕潤石蕊試紙?jiān)邳c(diǎn)燃的酒精燈上方烘干，觀察顏色變化（見圖10-12）。

第五，該實(shí)驗(yàn)裝置不僅可以用來探究CO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，還可以用來制取CO2。若要將產(chǎn)生的CO2收集起來，只需在試管口接上帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞，伸入集氣瓶即可（見圖13），實(shí)現(xiàn)CO2制取和性質(zhì)探究為一體，操作簡單方便，節(jié)約環(huán)保。

三、改進(jìn)后實(shí)驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)

第一，通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生直觀認(rèn)識到CO2具有使澄清石灰水變渾濁、與水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)、不可燃不助燃、密度大于空氣等主要性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)過程一氣呵成，所需CO2少，現(xiàn)象明顯，便于操作和觀察，可用于教師演示或?qū)W生分組實(shí)驗(yàn)，有利于學(xué)生更好地理解和掌握知識。

第二，該實(shí)驗(yàn)所使用儀器簡單輕便，利用注射器添加稀鹽酸，可控制反應(yīng)速率，節(jié)約藥品。

第三，實(shí)驗(yàn)對常見的試管進(jìn)行適當(dāng)加工，在中間燒一個洞，這極大地簡化了實(shí)驗(yàn)步驟和儀器，達(dá)到事半功倍的效果，是本實(shí)驗(yàn)的一大創(chuàng)新點(diǎn)。對常見教具適當(dāng)改進(jìn)，有意識培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

第四，本實(shí)驗(yàn)用石蕊試紙代替石蕊試液，并設(shè)計(jì)對照實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生理解“CO2本身無酸性，與水反應(yīng)生成酸性物質(zhì)使石蕊變紅”這一難點(diǎn)。通過改進(jìn)后的對照實(shí)驗(yàn)，學(xué)生初步懂得利用控制單一變量進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的方法，突破重難點(diǎn)。為了避免水蒸氣對“探究CO2是否與水發(fā)生反應(yīng)”這一實(shí)驗(yàn)的干擾，在試管橫口處放置兩團(tuán)包裹無水氯化鈣的棉花團(tuán)，去除水霧，讓實(shí)驗(yàn)更加嚴(yán)謹(jǐn)，增加實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性，幫助學(xué)生逐步形成科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃季S。

第五，教材中“收集一瓶CO2倒入高低不同的蠟燭”的實(shí)驗(yàn)，須先收集一大瓶CO2，步驟煩瑣，操作不當(dāng)容易失敗，改成將濕潤試紙放在試管上、下進(jìn)行對比，直觀掌握“CO2密度比空氣大”的性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)過程中無須再提前制取CO2，這極大地簡化了實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備工作，提高了實(shí)驗(yàn)成功率，有利于后續(xù)進(jìn)行碳酸受熱易分解的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，只需用鑷子取管口變紅試紙進(jìn)行烘干，即可快速得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，環(huán)環(huán)相扣。

第六，該實(shí)驗(yàn)利用簡單的裝置，對書本多個實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了整合創(chuàng)新，讓學(xué)生也可以動手操作，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。還可對該裝置進(jìn)行拓展，不僅用于CO2性質(zhì)探究，還用于制取和收集CO2、O2、H2等氣體。

第七，該實(shí)驗(yàn)裝置可以用來做氧氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。（1）做鐵絲在純氧中燃燒的實(shí)驗(yàn)：用注射器中吸取過氧化氫，在集氣瓶中加入MnO2固體粉末，在橫口試管底部放入干沙或水，將蘸有酒精或綁有用于引燃的小木炭的長鐵絲伸入試管進(jìn)行燃燒，氧氣充足，持續(xù)產(chǎn)生，現(xiàn)象更加持久、明顯。（2）做木炭在純氧中燃燒的實(shí)驗(yàn)：在試管底部放入澄清石灰水，將紅熱木炭伸入試管進(jìn)行燃燒，可看到發(fā)出白光，石灰水變渾濁，進(jìn)一步證明產(chǎn)物是CO2，操作方便，現(xiàn)象更加明顯。同樣，可以做硫在氧氣中燃燒的實(shí)驗(yàn)。為了防止污染，可在試管底加入氫氧化鈉溶液吸收So2氣體，綠色環(huán)保。

第八，該裝置靈活性強(qiáng)，安全可靠。微型實(shí)驗(yàn)節(jié)約藥品，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，便于學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和觀察，值得使用和推廣。

結(jié) 語

CO2是初中化學(xué)要求掌握的一種重要化合物，因此，探究CO2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)對學(xué)生理解、掌握其性質(zhì)有很大的幫助，能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，有助于培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法。通過改進(jìn)和創(chuàng)新該實(shí)驗(yàn)，教師能進(jìn)一步構(gòu)建高效課堂，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。