二氧化碳實驗室制法的探討

在教學過程中，教師應與學生積極互動，共同發展，要處理好傳授知識與培養能力的關系，注重培養學生的獨立性和自主性，引導學生質疑、調查、探究，在實踐中學習，促使學生在教師指導下主動地富有個性地學習。教師應尊重學生的人格，關注個體差異，滿足不同學生的學習需要，創設課堂情景，突出探究等活動，培養學生的創新意識。

現結合人教版初中化學第六單元課題2《二氧化碳制取的研究》，談談怎樣用實驗的方法來探究氣體的制取，以“拋磚引玉”。

一、 提出問題

在前面我們學過，很多種物質發生化學反應都能產生二氧化碳氣體，而實驗室制備二氧化碳卻一般均采用大理石（或石灰石）和稀鹽酸為原料進行反應，能否改用其他物質來代替，為什么？

二、 作出假設

根據老師提出的問題，學生依據自己的知識水平，對上述問題，提出四種可能的假設：⑴可以用其他物質通過受熱分解，燃燒或氧化還原反應等制得二氧化碳氣體；⑵可用其他純的碳酸鹽（如：Na2CO3粉末，CaCO3粉末）代替石灰石（或大理石）；⑶可用濃鹽酸或稀硫酸代替稀鹽酸；⑷可用墨魚骨、蛋殼或貝殼等物品代替石灰石（或大理石）與稀鹽酸反應。

三、 收集資料

初中化學從第一章到第六章，課本上已介紹過多種反應都能產生二氧化碳氣體。從制備過程的衛生、安全、原料的成本、操作難易的程度，從制得二氧化碳的含量、純度以及產生二氧化碳氣體的速度等因素考慮，學生通過自己查閱課本，收集整理，可得到下面14種制備二氧化碳的方法。然后通過逐一分析和共同討論，制備二氧化碳的方案優缺點列表比較如表1所示。

表1 14種制備二氧化碳方法優缺點的比較

從表1不難得出，上述14種方案都不是實驗室制備二氧化碳氣體的可行方案。那么，還有什么較好方案可用來制備二氧化碳氣體呢？

四、實驗探究

根據學生自己提出的假設，依據學生掌握的知識，在老師指導下，學生經自己設計、討論交流，最后選擇8個實驗方案。取8支干凈的試管，進行如下的實驗探究：

方案⑴：放入塊狀的石灰石（或大理石），加入稀鹽酸；

方案⑵：放入碳酸鈉粉末，加入與方案⑴相同濃度和質量的稀鹽酸；

方案⑶：放入純的碳酸鈣粉末，加入與方案⑴相同濃度和質量的稀鹽酸；

方案⑷：放入石灰石（或大理石），加入等質量的濃鹽酸；

方案⑸：放入石灰石（或大理石），加入等質量的稀硫酸；

方案⑹：放入墨魚骨與方案⑴相同濃度和質量的稀鹽酸；

方案⑺：放入蛋殼與方案⑴相同濃度和質量的稀鹽酸；

方案⑻：放入貝殼與方案⑴相同濃度和質量的稀鹽酸。

要求學生邊做實驗，邊觀察實驗現象（如：產生二氧化碳氣體的速度、劇烈程度，以及所得氣體的純度、存在的問題等），并記錄實驗現象。

五、獲得結論

學生在討論、交流基礎上獲得共識：

⑴石灰石（或大理石）與稀鹽酸反應，產生二氧化碳氣體的速度適中，氣體量適宜，有利于收集和性質實驗。

⑵碳酸鈉粉末或純的碳酸鈣粉末與稀鹽酸反應的程度很劇烈，瞬間產生的氣體量太多，不利于收集和性質實驗，且粉末易隨氣流上升導致導管的堵塞。

⑶石灰石（或大理石）與濃鹽酸反應，雖能得到二氧化碳氣體，但由于濃鹽酸易揮發出氯化氫氣體，而使得到的二氧化碳氣體不夠純凈。

⑷石灰石（或大理石）與稀硫酸反應，由于剛反應生成的不易溶于水的硫酸鈣薄膜會覆蓋在石灰石表面，使它不能接觸到稀硫酸，因而反應很難繼續進行，導致難以收集到所需的二氧化碳氣體。

⑸墨魚骨與稀鹽酸反應產生大量氣泡，且墨魚骨浮在液面上。

⑹蛋殼與稀鹽酸反應產生大量細小的泡泡，一些蛋殼浮在液面上，有時會產生一些不太容易破的大泡泡。

⑺貝殼與稀鹽酸反應產生大量的氣體，反應速度適中，但產生一些不太容易破的大泡泡。

通過實驗探究，在分組討論，相互交流的基礎上，學生自己得出了“實驗室制備二氧化碳氣體采用石灰石（或大理石，有時還可以用經處理后的較干凈的貝殼）和稀鹽酸為原料反應較好”的結論。因為這個方案原料成本低廉、操作簡單安全，生成二氧化碳氣體速度適中，二氧化碳純度和含量都較高。

六、幾點說明

⑴本案例倡導學生勇于質疑，勤于思考的精神，指導學生運用已學過的化學知識和實驗技能方法，來研究、解決問題。同時讓學生明白，實驗無所謂成功與失敗，在于探究過程的參與和親身體驗的快樂。

⑵實驗探究是學習化學的重要方式，教師要做好組織和指導工作，盡量根據學校的實際情況，安排分組實驗，讓學生自己動手實踐、體驗，在實踐中自己發現問題與創新。但教師應確保實驗能夠順利進行。

⑶實驗探究時重點引導學生認真觀察現象，記錄數據，便于分析、討論，得出正確結論。

⑷本案例可分2課時來完成：

第一課時：①收集資料。討論各制備方案的優缺點（資料的收集至少應提前1～2周布置同學著手準備）。②制訂實驗方案。在老師的指導下，組織學生自己討論，通過主動發言，交流匯報各自的觀點、看法和實驗依據，最后形成共識，確定出確實可行的實驗方案。

第二課時：①實驗探究。學生依據自己設計的實驗，在老師指導下，進入實驗室動手做實驗，并記錄各自實驗現象。②獲得結論。在老師指導下，首先由各實驗小組代表發言，表述自己觀察到的實驗現象，發現的問題，以及解決問題的方法，然后，再組織各小組進一步討論，采用求同存異的方法，獲得共同結論，并把各小組的實驗結果及看法張貼上墻，在班級范圍內匯報交流，互相學習，共同進步。

⑸幾個閃光點：

①在實驗探究過程中，有些同學發現用“貝殼和蛋殼”做實驗時易產生一些不容易破的大泡泡，直接刺激他們的求知欲望，課后他們有的查閱資料，有的當場請教老師。在弄清楚原因可能是貝殼和蛋殼中含有蛋白質等物質時，有些同學建議做這個實驗時，應先用“鐵刷”把貝殼或蛋殼表面及內部刷洗干凈后再與稀鹽酸反應。

②墨魚骨在實驗時會浮在液面上，不利于與稀鹽酸反應，有的同學就建議把墨魚骨與小石片捆在一起……。這樣通過實驗探究，使他們發現了問題，激發了他們解決問題的積極性和主動性，同時更使得同學的理論知識得到了升華。