也談干冰在初中化學實驗教學中的作用

王曉珍

摘要：為了達到較好的實驗和教學效果，以便學生能親手做、親眼看、親自悟，可以考慮在有關二氧化碳的實驗教學中引入干冰。通過實踐探索，發現干冰在初中化學實驗教學中的作用：快速得到二氧化碳氣體，使課堂更有效率;方便開展定量實驗，從而引導學生宏觀和微觀相結合地思考，發展定量觀。

關鍵詞：初中化學;實驗教學;干冰;高效;定量

二氧化碳是初中化學中重要的“三氣”（氫氣、氧氣、二氧化碳）之一，它的相關性質是初中化學的重要知識。二氧化碳氣體在制取、保存、定量測定等方面的便捷性較差，為了獲得較好的實驗和教學效果，以便學生能親眼看、親手做、親自悟，可以考慮在實驗教學中引入干冰（二氧化碳固體）。通過實踐探索，筆者發現，干冰在初中化學實驗教學中至少具有高效和定量兩方面的作用。

一、快速得到二氧化碳氣體

教材上二氧化碳氣體的實驗室制法，以石灰石和稀鹽酸為原料，以錐形瓶、分液漏斗等為發生裝置，以200 mL塑料瓶為收集裝置。如果進行分組制取實驗，需耗費大量藥品、時間，所以實際教學中，往往由教師演示實驗。干冰作為固態二氧化碳，在常溫常壓下易升華，能夠快速得到大量的二氧化碳氣體，極大地提高效率。實際制取時，為加快干冰升華的速度，可將干冰碾碎成粉末，用藥匙將干冰粉末（約1 g）加入200 mL干燥的塑料瓶中，等到瓶中無干冰固體殘余，蓋緊瓶蓋，即集滿一瓶二氧化碳氣體。改進后的方法不需制取裝置，且可以同時制取多瓶氣體，大大節約了學生分組實驗中制取二氧化碳氣體所需的時間。

侯氏制堿法是二氧化碳在工業上的一個重要應用，是中國化工史上的巨大成就。實驗室模擬侯氏制堿法，一般使用常規的藥品制取二氧化碳氣體（如碳酸鈣與鹽酸，還需要連接裝有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶，以除去揮發的氯化氫）。將產生的二氧化碳氣體通入15 mL飽和氨鹽水中，約30分鐘后有白色固體（碳酸鈉）出現。因時間較長，課堂教學中一般采用播放視頻的方式呈現。對此，考慮用干冰來產生二氧化碳氣體。將15 mL飽和氨鹽水倒入200 mL塑料瓶（帶氣球緩沖裝置）中，然后加入10 g干冰，再迅速振蕩塑料瓶。可觀察到，反應一開始干冰升華得到二氧化碳氣體，導致氣球膨大;充分振蕩后二氧化碳氣體被吸收，氣球縮小。約3分鐘后，10 g干冰升華完畢，瓶內生成大量白色固體。改進后的方法，省去了二氧化碳氣體的制取和除雜裝置;同時，干冰升華吸熱，省去了用來冷卻的冰水浴裝置;帶氣球緩沖裝置的塑料瓶可以密封，省去了尾氣處理裝置。干冰升華產生二氧化碳的速度遠快于傳統實驗室制法，大大縮短了實驗時間。

二、方便開展定量實驗

干冰比二氧化碳氣體容易稱量。在復習課上研究二氧化碳與石灰水反應中的定量關系時，可利用這一點設計定量實驗，培養學生的定量觀。教學片段如下：

師我們知道二氧化碳和氫氧化鈣的反應會因為二氧化碳量的不同而產生不同的實驗現象。請一位同學具體說一說。

生只有少量二氧化碳時，生成碳酸鈣，出現白色渾濁;二氧化碳過量時，碳酸鈣會與二氧化碳和水反應，生成溶于水的碳酸氫鈣，白色沉淀消失。

師我們來做一做這個實驗。為了得到我們想要的實驗現象，實驗前我們需要知道“少量”和“過量”到底是多少？現在有一瓶100 g的飽和石灰水（常溫時，氫氧化鈣的溶解度約為0.165g），裝在帶氣球緩沖裝置的錐形瓶中，我們來推導一下，給出一個指導量。

生一開始發生的反應為Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O，計算后發現，通入約0.1 g二氧化碳氣體時，沉淀CaCO3的量最大。繼續通入二氧化碳氣體，此時發生的反應為CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2，計算后發現，再通入約0.1 g二氧化碳氣體，沉淀恰好溶解。

師二氧化碳氣體的質量較難稱量，我們今天用干冰和電子天平來驗證一下，看看你的結論是否正確。

（學生稱取0.1 g干冰后放入錐形瓶中，發現隨著干冰的消失，沉淀越來越多;再加入0.1 g干冰，發現隨著干冰的消失，沉淀越來越少，干冰消失后振蕩，溶液也變為澄清。）

在該過程中，學生運用實驗原理中的定量關系進行計算，利用干冰替代二氧化碳氣體，證實計算結果與宏觀實驗現象一致，初步體會理論到實踐以及被證實的成就感。

后續學習中，教師可帶領學生分析反應過程中碳元素的化合價在反應前后有沒有改變，也可利用碳酸鈣、碳酸氫鈣中鈣元素、碳元素之間的定量關系及其對應的化學方程式（符號表征）來推導宏觀實驗現象的本質，促進學生宏觀辨識與微觀探析素養以及定量觀的發展。

此外，干冰升華吸熱會使水蒸氣冷凝，形成“云蒸霞蔚”的奇妙景象，這是干冰趣味實驗的主要原理。這樣的現象作為“二氧化碳”教學的導入環節，可以令學生產生深刻印象，激發學習興趣。