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二氧化碳的制取与性质一体化实验设计


来源:中国学术期刊网    日期:2021-10-19 08:44:59


二氧化碳的制取与性质一体化实验设计
摘要 针对教材实验装置的缺陷和不足,对二氧化碳的制取和性质实验进行组合改进,使操作简便、实验现象明显、成功率高,从而提高课堂效率。
关键词 二氧化碳的制备与性质;实验设计;一体化;组合
 
二氧化碳的实验室制取与性质是初中化学学生实验内容中一个非常重要的实验,也是历年中考的必考内容。采用简便、易操作的实验装置,对于学生完成这一实验,牢固掌握二氧化碳的物理性质和化学性质以及制备方法至关重要。人教版化学上册教材上在这一课题的内容处理上,安排了多个实验。在素质教育的不断推进的过程中,二氧化碳气体的实验室制法及其性质鉴定方法也得到不断改进和创新。笔者就教材上的几个实验进行了分析和思考,认为教材相关实验存在以下不足:
(1)教材提供的是图1制取装置,利用图1进行实验时,第一次加入的稀盐酸必须足够液封长颈漏斗下端,防止生成气体从长颈漏斗逸出。如此一来实验开始产生大量二氧化碳,锥形瓶内气压瞬间过大来不及将气体导出,瓶内液体会从长颈漏斗低端喷出,不安全且造成一定的浪费。收集完气体后剩余药品会继续反应也会造成药品浪费。另外,用燃着的木条验满时需要间歇在瓶口探测,浪费能源,不符合绿色化学的理念。
(2)实验比较繁琐。教材关于二氧化碳的性质实验是分步进行的,所需仪器药品多,且费时。倾倒二氧化碳熄灭阶梯蜡烛的实验(如图2),演示效果不好,且成功率较低。蜡烛的高低、火焰的强弱、集气瓶的体积、烧杯的大小、倾倒的角度、气流的快慢、玻璃片的遮挡角度等都会影响实验效果。另外,探究二氧化碳与水反应的实验,教师需要准备4朵用紫色石蕊浸泡过的干燥纸花,实验前期准备工作多、费时。
 
 
 
 
 
图1 制取二氧化碳的装置                 图2 倾倒二氧化碳
针对以上不足,笔者将教材实验装置进行了组合,将二氧化碳的制取和性质实验连为一体,做了如下改进设计。
 
 
 
 
  1. 一体化实验装置
 
 
 
 
 
 
图3 二氧化碳的实验室制取和性质一体化装置
  • 能上下移动的硬质铜丝
  • 装有块状大理石的纱袋
  • 装有稀盐酸的集气瓶
  • 干燥的石蕊试纸
  • 湿润的石蕊试纸
  • 装有澄清石灰水的试管
  • 空的集气瓶
  • 放有阶梯蜡烛的烧杯
  1. 实验仪器与试剂
块状大理石(装在纱袋中),1:3的稀盐酸,石蕊试纸(用滤纸条在紫色石蕊试液中浸泡后晾干),澄清石灰水,硬质铜丝(1根),250mL集气瓶(2个),单孔橡皮塞(3个),双孔橡皮塞(2个),90°玻璃弯管(6根),直管(1根),橡胶管(1根),15×150的玻璃管(1根),18×180的试管(1支),250ml烧杯(1个),阶梯蜡烛
  1. 实验步骤
(1)组装实验仪器
按照图3连接组装仪器。注意,要确保玻璃管是干燥的,且干燥、湿润的石蕊试纸要分别从玻璃管的两端放入,以防接触;为了实验现象明显,在玻璃管下端放置一张白纸。
(2)制取二氧化碳
向第一个反应瓶中加入适量的稀盐酸,将硬质铜丝往下推,使石灰石与稀盐酸接触,立即生成二氧化碳。(这里通过控制固体反应物的升降来控制反应的进行,不仅操作方便,也开阔了学生的眼界,打破了教材一直以来通过控制液体反应物的加入方式从而控制反应进行的传统模式,使学生思维得到发散。)
(3)探究二氧化碳的性质
随着反应的进行,二氧化碳不断生成,很快能观察到①玻璃管内湿润的石蕊试纸由紫色变成红色、干燥的石蕊试纸不变色; ②f中有气泡冒出、澄清石灰水变浑浊; ③一段时间后h中的蜡烛自下而上依次熄灭。
(4)收集二氧化碳
h中阶梯蜡烛熄灭,说明g中已经收集满二氧化碳气体。
  1. 实验现象与分析讨论
(1)在玻璃管内,干燥的石蕊试纸不变色,说明二氧化碳气体不能使石蕊试纸变色;湿润的石蕊试纸没有接触二氧化碳时不变色,说明水不能使石蕊试纸变色;湿润的石蕊试纸接触二氧化碳后变红色,说明二氧化碳和水反应生成的产物能使石蕊变色。以上分析说明:二氧化碳能与水反应生成酸(碳酸)。
(2)试管f中澄清石灰水变浑浊,说明:二氧化碳能与氢氧化钙反应生成白色沉淀。
(3)h中蜡烛自下而上熄灭,说明二氧化碳气体进入烧杯后沉积在烧杯底部,越积越多,先接触到低蜡烛后接触到高蜡烛,使其熄灭。从而证明:二氧化碳的密度比空气大,不可燃且不支持燃烧。
  1. 注意事项
连接导管的橡胶管不能扭曲,保证气体能顺利通过;阶梯蜡烛的长短和火焰燃烧程度保持一致;盐酸的浓度不宜过大,防止其挥发出氯化氢气体干扰石蕊试纸变色。
  1. 一体化实验的优点
(1)多个实验集于一体,连贯性强,不仅节约药品节省时间,而且操作简单,对比强烈、现象明显,大大提高了课堂效率。
(2)制取二氧化碳的发生装置创新,通过控制固体反应物的升降来控制反应的进行,不仅操作方便,也开阔了学生的眼界,打破了教材一直以来通过控制液体反应物的加入方式从而控制反应进行的传统模式,使学生思维得到发散。
(3)简化了“4朵石蕊纸花变色”的实验,直接观察玻璃管内两张石蕊试纸的变色情况,得出二氧化碳与水反应生成酸(碳酸)的结论。
(4)直接将气体用导管导入烧杯中完成阶梯蜡烛实验,现象明显,成功率高。也能让学生体会到无形的二氧化碳似水一样流动。
 
参考文献
[1] 吴长顺,“二氧化碳性质”实验的简约创新设计[期刊论文],化学教育,2015,36(13):73
[2] 廖小红,衷明华,二氧化碳制备与性质实验一体化微型实验设计[期刊论文],江西化工,2013,(2):186
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