滬教版“二氧化碳性質實驗”的改進與創新初探

帥小寶

（福建省石獅市實驗中學，福建石獅 362700）

引 言

《義務教育化學課程標準（2011年版）》特別強調對學生能力的培養，強化學生的實驗要求。在教學中，教師應注重實驗教學，創設以實驗為主的科學探究活動，以提升學生的科學探究能力[1]。為了讓學生更好地掌握知識，提高探究能力和創新精神，筆者結合教學經驗，對教材實驗中存在的不足提出改進和創新建議。

一、教材實驗存在的問題

CO2的制取和性質是初中化學學習的重難點內容，教材就CO2的制取和性質設計了5個實驗（見圖1-5），分別證明CO2能使石灰水變渾濁、使紫色石蕊試液變紅、不可燃不助燃、密度大于空氣的主要性質。其中，將CO2通入紫色石蕊試液實驗無法突破“CO2本身無酸性，是CO2與水反應產生酸性物質使其變色”這一難點，且容易讓學生誤認為：可用紫色石蕊試液檢驗CO2氣體。再者，將CO2氣體倒入放有高低蠟燭的燒杯中的實驗，需要事先收集CO2，準備工作耗時間，且制取的CO2若氣密性不好容易逸散，導致實驗失敗。該實驗由于燃燒放熱讓氣體無法下沉，若操作稍有不當，就會看到上層蠟燭先滅等現象，產生反效果，甚至容易燙傷。5個實驗藥品消耗量大，器材煩瑣，教學中攜帶不便，操作中存在不足之處。針對上述問題，筆者對該課實驗進行了改進。

二、實驗改進及使用說明

（一）儀器和藥品

廣口瓶一個（配橡皮塞）、注射器1支、橫口試管3支、酒精燈、打火機、鑷子、小木條、棉花、藍色石蕊試紙、大理石（或石灰石）、稀鹽酸、澄清石灰水。

（二）實驗裝置及操作

第一，將單孔橡皮塞打孔，套入橫口試管，并將注射器針頭插入單孔橡皮塞。裝置組裝如圖6所示。

第二，用注射器中吸取少量稀鹽酸，在集氣瓶中加入石灰石，在橫口試管中加入少量澄清石灰水。塞好瓶塞，往瓶中慢慢注入少量稀鹽酸，在試管口放一根燃著的木條，可觀察到木條熄滅（如圖7）。這說明，CO2不能燃燒也不支持燃燒的化學性質，收集CO2氣體時常用于驗滿。過一段時間可觀察到澄清石灰水變渾濁，說明CO2能與石灰水反應，使澄清石灰水變渾濁，常用此法檢驗CO2氣體。

第三，將圖6中的瓶塞取出，換成套有兩個橫口試管的雙孔橡皮塞，兩個試管上下分別放一小段干燥和濕潤的藍色石蕊試紙，橫口處塞一團用于吸收水蒸氣的棉花，組裝成如圖8所示的裝置。

第四，瓶中殘留的CO2，可以使濕潤的石蕊試紙（右）變紅，而左邊干燥石蕊試紙不變紅（見圖8、圖9）。該實驗直觀說明CO2本身沒有酸性，是CO2與水反應生成酸性物質，使石蕊試紙變紅。同時，觀察到試管底部的石蕊試紙比管口試紙更快變紅，說明CO2密度大于空氣。若要證明碳酸不穩定，可取管口變色后的濕潤石蕊試紙在點燃的酒精燈上方烘干，觀察顏色變化（見圖10-12）。

第五，該實驗裝置不僅可以用來探究CO2的性質實驗，還可以用來制取CO2。若要將產生的CO2收集起來，只需在試管口接上帶導管的單孔橡皮塞，伸入集氣瓶即可（見圖13），實現CO2制取和性質探究為一體，操作簡單方便，節約環保。

三、改進后實驗的優點

第一，通過該實驗，學生直觀認識到CO2具有使澄清石灰水變渾濁、與水反應生成酸性物質、不可燃不助燃、密度大于空氣等主要性質。實驗過程一氣呵成，所需CO2少，現象明顯，便于操作和觀察，可用于教師演示或學生分組實驗，有利于學生更好地理解和掌握知識。

第二，該實驗所使用儀器簡單輕便，利用注射器添加稀鹽酸，可控制反應速率，節約藥品。

第三，實驗對常見的試管進行適當加工，在中間燒一個洞，這極大地簡化了實驗步驟和儀器，達到事半功倍的效果，是本實驗的一大創新點。對常見教具適當改進，有意識培養學生的創新精神。

第四，本實驗用石蕊試紙代替石蕊試液，并設計對照實驗，幫助學生理解“CO2本身無酸性，與水反應生成酸性物質使石蕊變紅”這一難點。通過改進后的對照實驗，學生初步懂得利用控制單一變量進行實驗研究的方法，突破重難點。為了避免水蒸氣對“探究CO2是否與水發生反應”這一實驗的干擾，在試管橫口處放置兩團包裹無水氯化鈣的棉花團，去除水霧，讓實驗更加嚴謹，增加實驗的科學性，幫助學生逐步形成科學嚴謹的思維。

第五，教材中“收集一瓶CO2倒入高低不同的蠟燭”的實驗，須先收集一大瓶CO2，步驟煩瑣，操作不當容易失敗，改成將濕潤試紙放在試管上、下進行對比，直觀掌握“CO2密度比空氣大”的性質。實驗過程中無須再提前制取CO2，這極大地簡化了實驗準備工作，提高了實驗成功率，有利于后續進行碳酸受熱易分解的性質實驗，只需用鑷子取管口變紅試紙進行烘干，即可快速得出實驗結論，環環相扣。

第六，該實驗利用簡單的裝置，對書本多個實驗進行了整合創新，讓學生也可以動手操作，培養學生的創新思維。還可對該裝置進行拓展，不僅用于CO2性質探究，還用于制取和收集CO2、O2、H2等氣體。

第七，該實驗裝置可以用來做氧氣性質實驗。（1）做鐵絲在純氧中燃燒的實驗：用注射器中吸取過氧化氫，在集氣瓶中加入MnO2固體粉末，在橫口試管底部放入干沙或水，將蘸有酒精或綁有用于引燃的小木炭的長鐵絲伸入試管進行燃燒，氧氣充足，持續產生，現象更加持久、明顯。（2）做木炭在純氧中燃燒的實驗：在試管底部放入澄清石灰水，將紅熱木炭伸入試管進行燃燒，可看到發出白光，石灰水變渾濁，進一步證明產物是CO2，操作方便，現象更加明顯。同樣，可以做硫在氧氣中燃燒的實驗。為了防止污染，可在試管底加入氫氧化鈉溶液吸收So2氣體，綠色環保。

第八，該裝置靈活性強，安全可靠。微型實驗節約藥品，實驗現象明顯，便于學生進行實驗和觀察，值得使用和推廣。

結 語

CO2是初中化學要求掌握的一種重要化合物，因此，探究CO2的性質實驗對學生理解、掌握其性質有很大的幫助，能激發學生的學習興趣，培養學生的觀察能力和實驗能力，有助于培養學生實事求是、嚴肅認真的科學態度，掌握科學的學習方法。通過改進和創新該實驗，教師能進一步構建高效課堂，提升學生的學習能力。