沪教版“二氧化碳性质实验”的改进与创新初探

帅小宝

（福建省石狮市实验中学，福建石狮 362700）

引 言

《义务教育化学课程标准（2011年版）》特别强调对学生能力的培养，强化学生的实验要求。在教学中，教师应注重实验教学，创设以实验为主的科学探究活动，以提升学生的科学探究能力[1]。为了让学生更好地掌握知识，提高探究能力和创新精神，笔者结合教学经验，对教材实验中存在的不足提出改进和创新建议。

一、教材实验存在的问题

CO2的制取和性质是初中化学学习的重难点内容，教材就CO2的制取和性质设计了5个实验（见图1-5），分别证明CO2能使石灰水变浑浊、使紫色石蕊试液变红、不可燃不助燃、密度大于空气的主要性质。其中，将CO2通入紫色石蕊试液实验无法突破“CO2本身无酸性，是CO2与水反应产生酸性物质使其变色”这一难点，且容易让学生误认为：可用紫色石蕊试液检验CO2气体。再者，将CO2气体倒入放有高低蜡烛的烧杯中的实验，需要事先收集CO2，准备工作耗时间，且制取的CO2若气密性不好容易逸散，导致实验失败。该实验由于燃烧放热让气体无法下沉，若操作稍有不当，就会看到上层蜡烛先灭等现象，产生反效果，甚至容易烫伤。5个实验药品消耗量大，器材烦琐，教学中携带不便，操作中存在不足之处。针对上述问题，笔者对该课实验进行了改进。

二、实验改进及使用说明

（一）仪器和药品

广口瓶一个（配橡皮塞）、注射器1支、横口试管3支、酒精灯、打火机、镊子、小木条、棉花、蓝色石蕊试纸、大理石（或石灰石）、稀盐酸、澄清石灰水。

（二）实验装置及操作

第一，将单孔橡皮塞打孔，套入横口试管，并将注射器针头插入单孔橡皮塞。装置组装如图6所示。

第二，用注射器中吸取少量稀盐酸，在集气瓶中加入石灰石，在横口试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盐酸，在试管口放一根燃着的木条，可观察到木条熄灭（如图7）。这说明，CO2不能燃烧也不支持燃烧的化学性质，收集CO2气体时常用于验满。过一段时间可观察到澄清石灰水变浑浊，说明CO2能与石灰水反应，使澄清石灰水变浑浊，常用此法检验CO2气体。

第三，将图6中的瓶塞取出，换成套有两个横口试管的双孔橡皮塞，两个试管上下分别放一小段干燥和湿润的蓝色石蕊试纸，横口处塞一团用于吸收水蒸气的棉花，组装成如图8所示的装置。

第四，瓶中残留的CO2，可以使湿润的石蕊试纸（右）变红，而左边干燥石蕊试纸不变红（见图8、图9）。该实验直观说明CO2本身没有酸性，是CO2与水反应生成酸性物质，使石蕊试纸变红。同时，观察到试管底部的石蕊试纸比管口试纸更快变红，说明CO2密度大于空气。若要证明碳酸不稳定，可取管口变色后的湿润石蕊试纸在点燃的酒精灯上方烘干，观察颜色变化（见图10-12）。

第五，该实验装置不仅可以用来探究CO2的性质实验，还可以用来制取CO2。若要将产生的CO2收集起来，只需在试管口接上带导管的单孔橡皮塞，伸入集气瓶即可（见图13），实现CO2制取和性质探究为一体，操作简单方便，节约环保。

三、改进后实验的优点

第一，通过该实验，学生直观认识到CO2具有使澄清石灰水变浑浊、与水反应生成酸性物质、不可燃不助燃、密度大于空气等主要性质。实验过程一气呵成，所需CO2少，现象明显，便于操作和观察，可用于教师演示或学生分组实验，有利于学生更好地理解和掌握知识。

第二，该实验所使用仪器简单轻便，利用注射器添加稀盐酸，可控制反应速率，节约药品。

第三，实验对常见的试管进行适当加工，在中间烧一个洞，这极大地简化了实验步骤和仪器，达到事半功倍的效果，是本实验的一大创新点。对常见教具适当改进，有意识培养学生的创新精神。

第四，本实验用石蕊试纸代替石蕊试液，并设计对照实验，帮助学生理解“CO2本身无酸性，与水反应生成酸性物质使石蕊变红”这一难点。通过改进后的对照实验，学生初步懂得利用控制单一变量进行实验研究的方法，突破重难点。为了避免水蒸气对“探究CO2是否与水发生反应”这一实验的干扰，在试管横口处放置两团包裹无水氯化钙的棉花团，去除水雾，让实验更加严谨，增加实验的科学性，帮助学生逐步形成科学严谨的思维。

第五，教材中“收集一瓶CO2倒入高低不同的蜡烛”的实验，须先收集一大瓶CO2，步骤烦琐，操作不当容易失败，改成将湿润试纸放在试管上、下进行对比，直观掌握“CO2密度比空气大”的性质。实验过程中无须再提前制取CO2，这极大地简化了实验准备工作，提高了实验成功率，有利于后续进行碳酸受热易分解的性质实验，只需用镊子取管口变红试纸进行烘干，即可快速得出实验结论，环环相扣。

第六，该实验利用简单的装置，对书本多个实验进行了整合创新，让学生也可以动手操作，培养学生的创新思维。还可对该装置进行拓展，不仅用于CO2性质探究，还用于制取和收集CO2、O2、H2等气体。

第七，该实验装置可以用来做氧气性质实验。（1）做铁丝在纯氧中燃烧的实验：用注射器中吸取过氧化氢，在集气瓶中加入MnO2固体粉末，在横口试管底部放入干沙或水，将蘸有酒精或绑有用于引燃的小木炭的长铁丝伸入试管进行燃烧，氧气充足，持续产生，现象更加持久、明显。（2）做木炭在纯氧中燃烧的实验：在试管底部放入澄清石灰水，将红热木炭伸入试管进行燃烧，可看到发出白光，石灰水变浑浊，进一步证明产物是CO2，操作方便，现象更加明显。同样，可以做硫在氧气中燃烧的实验。为了防止污染，可在试管底加入氢氧化钠溶液吸收So2气体，绿色环保。

第八，该装置灵活性强，安全可靠。微型实验节约药品，实验现象明显，便于学生进行实验和观察，值得使用和推广。

结 语

CO2是初中化学要求掌握的一种重要化合物，因此，探究CO2的性质实验对学生理解、掌握其性质有很大的帮助，能激发学生的学习兴趣，培养学生的观察能力和实验能力，有助于培养学生实事求是、严肃认真的科学态度，掌握科学的学习方法。通过改进和创新该实验，教师能进一步构建高效课堂，提升学生的学习能力。