優化設計 提高效率

鄔成香 劉松

探究二氧化碳的性質實驗是化學實驗教學的重點之一。為幫助學生更好地理解二氧化碳的性質，培養其觀察的習慣和創新能力，我們改進了原有的實驗裝置，將探究二氧化碳性質的幾個實驗組合在一起，既節約了藥品，又提升了教學效率。

一、實驗準備

玻璃管、集氣瓶、玻璃片、氣球皮、膠塞、導管、玻璃活塞、膠頭滴管、球形干燥管、試管、止水夾、噴霧瓶、火柴、蠟燭、棉花。

稀鹽酸、醋酸、石灰石、飽和碳酸氫鈉溶液、氯化鈣固體、蒸餾水、澄清的石灰水、紫色石蕊試液浸泡過的濾紙條。

二、改進后的實驗裝置

改進后的實驗裝置如圖1。

三、改進后的實驗裝置介紹

在二氧化碳氣體的制取裝置A的直角導氣管上連接一根干燥管，干燥管的前端放入浸有飽和碳酸氫鈉溶液的棉花團，用于吸收揮發的氯化氫氣體。干燥管的圓球部分放入氯化鈣固體，用于吸附二氧化碳氣體中的水分，獲得干燥、純凈的二氧化碳，以利于后續實驗的順利完成。

B裝置中的玻璃管貼有4張用紫色石蕊試液浸泡過的濾紙條，內側干、外側干、內側濕和外側濕的各1張并編號，外側濕的濾紙條表面貼有塑料薄膜，避免后續實驗過程中受到影響。C、D集氣瓶中裝有約1/3的水，膠頭滴管中裝有紫色石蕊試液，膠頭與滴管接觸的地方用線或橡皮筋綁緊，防止實驗過程中漏氣，影響實驗效果。

四、實驗操作與結果

探究1：二氧化碳氣體的檢驗

問題1：生成的是否為二氧化碳氣體？

實驗：打開左邊的止水夾，啟動反應裝置，向集滿氣體的一個集氣瓶中倒入少量的澄清石灰水，觀察現象。

現象：澄清的石灰水變渾濁。

結論：集氣瓶中收集的是二氧化碳氣體，進一步推斷二氧化碳與石灰水發生了反應。

探究2：—般條件下二氧化碳的滅火性

問題2：為什么二氧化碳氣體能滅火？

實驗：打開左邊的止水夾，啟動反應裝置，關閉右邊的止水夾。用細沙固定高、矮蠟燭，用玻璃管集滿二氧化碳氣體，用鑷子取下玻璃管下端的氣球皮。

現象：矮蠟燭先熄滅，高蠟燭后熄滅。

結論：二氧化碳不燃燒也不支持燃燒，密度大于空氣。

創新點：成功率高，操作安全;教師課前無需提前準備二氧化碳;蠟燭易固定，燭油易清理。

探究3：哪種物質使紫色石蕊濾紙條變紅

問題3：二氧化碳與水反應了嗎？

實驗：打開左邊的止水夾，啟動反應裝置，關閉右邊的止水夾。玻璃管內壁分別貼有濕潤和干燥的紫色石蕊濾紙條。用噴瓶向玻璃管外壁上4號濾紙條噴醋酸。

現象：玻璃管中1號濾紙條顏色不變，2號濾紙條由紫變紅，4號濾紙條變紅。

結論：二氧化碳不能使干燥的紫色石蕊濾紙條變色，水不能使干燥的紫色石蕊濾紙條變色。二氧化碳能使濕潤的紫色石蕊濾紙條變紅，醋酸能使紫色石蕊濾紙條變紅，說明二氧化碳氣體不顯酸性。但二氧化碳和濕濾紙條上的水反應會生成碳酸，顯酸性，碳酸使濕潤的紫色石蕊濾紙條變紅。對比分析內部濾紙條顏色的變化，得出二氧化碳與水反應的結論。

探究4：二氧化碳的溶解性實驗

實驗：打開左邊的止水夾，啟動反應裝置，用集氣瓶D收集一瓶二氧化碳，向D瓶中倒入約1/3體積的水，立即塞緊膠頭滴管（膠帽內已吸取紫色石蕊試液）的單孔塞，振蕩。同時向裝有空氣的C瓶中倒入約1/3體積的水，立即塞緊膠頭滴管（膠帽內已吸取紫色石蕊試液）的單孔塞，振蕩。

現象：D瓶膠帽變癟，紫色石蕊試液自動滴下且溶液變紅，C瓶膠帽形狀和紫色石蕊試液顏色均無變化，如圖5。

結論：膠帽變癟說明集氣瓶內部氣壓變小，證明二氧化碳能溶于水。二氧化碳與水反應生成碳酸，碳酸能使紫色石蕊試液變紅。

探究5：碳酸受熱分解實驗

實驗：取下玻璃管中的2號變色后的濕潤石蕊濾紙條，在點燃的酒精燈上方烘干。

現象：濕潤的紅色石蕊濾紙條隨著水分的蒸發逐漸變成紫色。

結論：碳酸不穩定，易分解。

五、實驗裝置設計的優點

1.利用一體化的裝置設計巧妙地探究了二氧化碳的物理性質和化學性質，幾個實驗一氣呵成，對比強烈，實驗現象明顯，連貫性強。

2.本實驗裝置充分運用控制變量法、對比實驗法培養學生的觀察能力和探究精神，降低了學生理解的難度，有利于提高學生的科學素養。

3.該裝置中的實驗反應可以隨時發生、隨時停止，氣體循環使用，減少了向大氣中排放的二氧化碳量。