比較二氧化碳和空氣密度的實驗探究

河南省南陽市實驗中學(473000) 郭 濤

“二氧化碳和空氣密度的比較”是人教版化學9年級上冊第6單元課題2“二氧化碳制取的研究”中涉及到的一個知識點。教材試圖通過讓學生填寫表格的方式掌握有關知識，并配有腳注“空氣的平均相對分子質量為29。如果某氣體的相對分子質量大于29，則這種氣體的密度比空氣的大；如果小于29，則密度比空氣的小”。意在讓學生對比二氧化碳的相對分子質量44大于空氣的平均相對分子質量29，說明二氧化碳的密度大于空氣的密度。

筆者認為，這樣的安排存在明顯不足，主要原因有：①通過理性的計算，雖然學生知道了二氧化碳的密度大于空氣的密度，但對二氧化碳和空氣的密度差異，缺少直觀認識，不利于對知識的理解和運用；②教材中沒有安排演示實驗，在實際教學中，教師一般也不會在課堂上進行實驗演示。9年級學生正處于形象思維向抽象思維過渡階段，加強實驗教學的同時，展開理性分析，這樣才有利于知識的鞏固。鑒于此，筆者在教學中增加了演示實驗，明顯彌補了教材的不足，收到良好的教學效果。

1 實驗用品

透明塑料軟管、微型試管(或小藥瓶)、注射器、膠頭滴管、藥匙、棉花、棉線、透明膠帶、剪刀、細鐵絲、碳酸鈉、9°白醋、紫色石蕊試液。

2 實驗裝置

實驗裝置如圖1所示。

圖1 實驗裝置

3 實驗步驟

(1)取透明塑料軟管60 cm左右，用細鐵絲穿過塑料軟管一端。然后把塑料軟管垂直懸掛在“O”點。

(2)取細線70 cm，對折確定中心點。距離中心點10 cm處各系一團棉花，以后每間隔5 cm系一團棉花。用膠頭滴管吸取紫色石蕊試液，潤濕棉線上的棉花。

(3)取微型試管，用透明膠帶固定在棉線上，管口位置與棉線中心點相平。向試管內加入足量碳酸鈉粉末。

(4)另用細鐵絲把棉線(帶有棉花和試管)穿入透明塑料軟管，再把棉線系于“O”點。

(5)用注射器吸取足量白醋，刺入塑料軟管，緩慢推注到小試管中，觀察現象。

(6)實驗結束，整理實驗用品。

4 實驗現象及分析

(1)白醋推注到小試管中后，小試管中立即有大量氣泡產生。反應方程式：Na2CO3+2CH3COOH=2CH3COONa+CO2↑+H2O。

(2)中心點以下，下1、下2、下3、下4棉球依次變紅。

(3)中心點以上，4個棉球沒有明顯變化。偶爾會看到上1棉球微紅，主要是由于向小試管中推注白醋的速度過快造成的。二氧化碳產生速度過快，在狹窄的塑料管道內來不及下沉，而向上堆積接觸到棉花，引起石蕊變色。

5 實驗注意事項

(1)實驗中可以將透明塑料軟管懸掛在白色墻面上，這樣更有利于清晰地觀察到棉花的變色。

(2)透明塑料軟管內徑最小為3 cm。如果內徑太小的話，小試管放入后，中心點附近空隙太小，不利于二氧化碳的通過，會造成二氧化碳向上堆積接觸到棉花，可能引起上1、上2，甚至上3棉球變紅，造成實驗失敗。

(3)用注射器吸取足量白醋，推注到小試管中時，一定要注意緩慢推注，確保二氧化碳氣體緩慢且平穩地產生。如果二氧化碳產生速度過快，會在管腔內向上堆積，引起中心點以上的棉花變色，造成實驗失敗；如果二氧化碳產生速度過慢，中心點以下的棉花變色所需要的時間比較長。二氧化碳氣體緩慢且平穩地產生，可以明顯縮短實驗時間。

(4)如果沒有塑料軟管，也可以用塑料直管、有機玻璃直管代替，但一定是管壁透明度高的管子，這樣才能確保現象的觀察。不可使用普通的玻璃管，以防止實驗過程中操作不慎，玻璃管破裂，出現安全隱患。

6 實驗改進優點

(1)實驗在相對密閉的管腔中進行，管腔內的空氣相對靜止，排除了空氣流動對實驗的干擾，實驗說服力強。

(2)實驗趣味性強，原料易得，安全性高，適合學生實驗探究。不少學生在課后反復進行了實驗探究，并進一步改進了實驗裝置，大大提高了學生的實驗操作技能和實驗素養。

(3)透明塑料軟管內每間隔一定距離系一團棉花，中心點以下棉花依次變色，實驗現象呈現清晰。

(4)中心點以下棉花變色、中心點以上棉花不變色，現象對比明顯。充分說明二氧化碳在管腔內向下運動，二氧化碳的密度明顯比空氣的密度大。

7 小結

透明塑料管是一種比較常見的生活用品，但是在化學實驗教學中很少應用。本實驗引入了透明塑料管，結合棉線和棉花的運用，讓實驗更貼近生活，增強了實驗的趣味性，激發了學生參與實驗探究的主動性。在探究二氧化碳和空氣密度大小的同時，提高了實驗素養。在實驗教學實踐中，一定要立足教學實際，加強教學內容的研究，注意多視角選擇實驗教具，拓展實驗教具的新功能，推動實驗的深度教學。