二氧化碳的制取及性質實驗裝置設計

潘紅林

◆摘? 要：為了提高初中化學演示實驗的科學性及可視化，體現符合時代特色的“綠色、環保、高效”實驗本色，緊跟新一輪初中化學課程標準規定的“義務教育階段化學教育要激發學生學習化學的好奇心，引導學生體驗科學探究的過程，啟迪學生的科學思維，培養學生的實踐能力，提高學生的科學素養”的步伐，我利用生活用品與常規實驗儀器組合設計了一套集二氧化碳的制取、性質實驗于一體的裝置。

◆關鍵詞：二氧化碳;裝置設計;性質探究

一、設計目的

人教版九年級化學教材上冊第六單元“二氧化碳的制取及性質實驗”存在著反應不可控制;藥品用量較大;二氧化碳的存放、攜帶不便;滅火成功率低等不足。從演示實驗的科學性與可視化出發，我們利用生活用品與常規實驗儀器組合，設計了一套集二氧化碳的制取、性質實驗于一體的裝置。

二、實驗用品

蒸餾燒瓶1個，分液漏斗1個，雙孔橡皮塞1個，350mL軟塑料瓶3個，T形管3支，Y形管1支，25mL燒杯2個，250mL燒杯5個，50mL的量筒1個，滴管1支，鑷子1個，酒精燈1個，鐵架臺（萬能夾1個），導氣管，乳膠管，止水夾，噴壺2個，細鐵絲1根，點滴板2塊，玻璃片1塊;大理石，20%的稀鹽酸，飽和澄清石灰水，飽和氫氧化鈉溶液，稀醋酸，蠟燭1支，石蕊干紙花4朵。

三、實驗原理

1.制取。

CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑

2.性質。

CO2+H2O=H2CO3

H2CO3=H2O+CO2↑

CO2不燃燒，也不支持燃燒，密度比空氣大。

CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O

CO2+2NaOH=Na2CO3+H2O

四、操作方法

1.連接裝置，檢查氣密性。如圖：

2.氣體制取。向蒸餾燒瓶中加入大理石，從分液漏斗中加入稀鹽酸。關閉右邊的彈簧夾，利用左邊的裝置同時收集三瓶CO2氣體。

3.數據探究。如：①10mL、20mL、30mL飽和氫氧化鈉溶液分別與350mLCO2氣體反應。震蕩后2號瓶和3號瓶變癟的程度大致相同，比1號瓶更癟，故350mLCO2氣體與20～30mL氫氧化鈉溶液反應較理想。即飽和氫氧化鈉溶液與CO2氣體的理想反應比例約為1∶12～1∶17.5;②150mL、200mL、250mL飽和澄清石灰水分別與350mLCO2氣體反應。澄清石灰水變渾濁，石灰水越多越渾濁，震蕩后2號瓶最癟，3號瓶最渾濁，350mLCO2氣體與250mL石灰水反應較理想。即澄清石灰水與CO2氣體的理想反應比例約為1∶1.4;③150mL、200mL、250mL水分別與350mLCO2溶解情況。震蕩后2號瓶變得最癟，故水用200mL較理想。即水與CO2氣體的理想溶解比例約為1∶1.75。

4.性質探究。取兩朵干燥石蕊紙花分別放在白瓷板上，向一朵噴水，另一朵噴稀醋酸，觀察現象。打開右邊彈簧夾，關閉左邊彈簧夾，使產生的CO2進入右邊裝置中，觀察蠟燭的燃燒情況及石蕊紙花的變色情況。把變色的石蕊紙花放在酒精燈火焰上烘烤一會兒，再觀察現象。

現象、結論：①噴水的石蕊紙花不變色，噴稀醋酸的變紅。說明水不能使石蕊紙花變色，酸能使石蕊紙花變紅;②燃著的蠟燭下面的先熄滅，上面的后熄滅。說明二氧化碳不燃燒也不支持燃燒，密度比空氣大;③干燥的石蕊紙花不變色。說明二氧化碳不能與石蕊反應;④濕潤的石蕊紙花變紅。說明二氧化碳與水反應生成酸性物質。（由噴稀醋酸的石蕊紙花變紅推知）;⑤變紅的紙花在酒精燈上烘烤又變紫。說明生成的酸性物質（碳酸）不穩定，受熱會分解。

向1號瓶倒入30mL飽和氫氧化鈉溶液;2號瓶倒入250mL飽和澄清石灰水;3號瓶倒入200mL水，立即塞緊瓶塞，觀察現象，震蕩，再觀察。

現象、結論：1號瓶變得很癟，2號瓶變癟且澄清石灰水變渾濁，說明CO2能與某些堿溶液反應。通過1號2號對比，說明檢驗CO2用澄清石灰水，除去CO2用飽和氫氧化鈉溶液（洗氣）;3號瓶較癟，說明CO2能溶于水。

五、設計創新點

創新點如下：①利用分液漏斗方便添加液體藥品，可以控制添加液體藥品的量和反應速率，節約藥品，為CO2的制取和性質探究提供便利;②利用蒸餾燒瓶、雙孔橡皮塞，巧用T形管、Y形管和導氣管，使CO2的制取、性質實驗一體化，方便、省時、實驗現象明顯、效果好。可連續進行多個班級的演示，也可用于學生課下或者分組探究實驗，思維獨特，趣味性強;③利用軟塑料瓶同時收集、探究CO2的性質，方便，安全、環保、高效;④CO2直接通入進行滅火及使干濕紙花的變色實驗，現象明顯、成功率高、實驗效果好;⑤本實驗進行了多次對比：CO2與氫氧化鈉溶液及澄清石灰水的反應對比;CO2溶于水的情況對比;CO2使干濕石蕊紙花的變色對比;水與稀醋酸使石蕊紙花的變色對比。本實驗還進行了多次探究：通過同體積的CO2分別與30mL飽和氫氧化鈉溶液和250mL飽和澄清石灰水的反應，探究除去CO2的理想藥品;通過向一瓶CO2中倒入200mL水，軟塑料瓶變癟，探究CO2能溶于水;通過CO2能否使干濕石蕊紙花的變色、水和稀醋酸能否使石蕊紙花的變色比對，探究CO2與水反應的生成物。

六、注意事項

如：①所用鹽酸的濃度以19%～25%為宜;②分液漏斗下端管口不能緊挨蒸餾燒瓶的支管處、鹽酸不能一次性加入太多，以防止少量鹽酸隨CO2氣流進入支管;③先進行左邊CO2的收集實驗。因為左邊CO2出口端位置高，距離遠，收集量大，需要較大的壓強。等反應不太劇烈時再進行右邊的性質實驗，防止壓強過大，少量鹽酸隨CO2氣流進入支管;④收集及性質實驗中的導氣管均應伸入容器底部，使CO2更純凈;⑤完成一瓶收集實驗或者一個性質實驗后應關閉相應的彈簧夾，以減少CO2的損失，節約藥品，縮短實驗時間。

七、設計反思

1.沒有對制取的氣體進行凈化和干燥處理。

2.制取到收集或者性質探究處路程較長，會在路程中消耗一定體積的氣體。

3.蒸餾燒瓶支管這邊的裝置不便于固定。