浅谈如何用自制教具改进二氧化碳性质实验

摘 要：人教版教材中二氧化碳的性质实验需要的器材多，操作烦琐，部分操作存在不足。本實验利用易得、轻便、安全的塑料制品，改进二氧化碳制取、性质探究一体化实验，既能帮助教师轻松、灵活教学，又能激发学生学习兴趣，提高其实验操作能力。

关键词：实验改进;生活化教具：一体化

初中化学学科素养越来越重视让学生认识到化学对人类社会发展的重大作用，形成“化学来源于生活，服务于生活”的化学价值观，同时中学化学实验仪器中玻璃仪器居多，在实验过程中，不仅破损严重还存在安全隐患。因此，人们越发关注如何利用生活中易取又安全的材料替代玻璃仪器，自制教具，激发处于化学启蒙阶段学生的学习兴趣，培养其观察、实验、操作等实践能力和应用能力。现就选取易改造的塑料瓶替代部分易碎玻璃仪器，以此改进二氧化碳性质的实验和大家分享。

一、 实验改进背景

1. 人教版教材中二氧化碳的性质实验需要多次进行，二氧化碳的需求量大，且需课前用集气瓶收集备用的气体，容易因气密性、携带等原因使气体逸出，影响实验的成功率。在人教版九年级上册第六章课题1已获得二氧化碳制取知识的基础上，针对教材中制取装置不利于通过固液分离，实现控制反应的缺点进行改进，设计制取、性质探究一体化实验，利于学生理解，并提升学生的学习迁移、解决问题的能力。

2. 在探究二氧化碳的密度、能否燃烧和支持燃烧的性质时，教材中采用向燃着的阶梯蜡烛周围倾倒二氧化碳的实验，操作过程中常出现上方蜡烛先熄灭的意外情况。

3. 探究二氧化碳和水的实验中，需准备4朵纸花和4瓶二氧化碳气体，连续多班教学的教师课间准备易忙乱。

4. 二氧化碳与氢氧化钠的反应是典型的无明显现象反应，相关性质经常在练习中涉及，但上下两册教材均未设置相关实验进行说明，不利于学生掌握。

二、 实验改进设计思路

1. 立足安全，设计简便操作方案

安全是所有实验的前提和基础，本实验改进的第一思路是：设计一套既安全又简便的实验操作方案。便于教师演示，利于学生动手操作，培养学生在实验中探索化学知识的习惯。

2. 关注环保，践行绿色化学理念

在飞速发展的今天，人们对环保的关注越来越高，化学实验恰好是渗透这种理念的一个重要的途径。因此，本实验改进的另一思路是：收集难以溶解的对环境十分不利的塑料瓶，将其变为化学实验的常用器材，培养学生关注环保，践行绿色化学的理念。

三、 实施实验改进

1. 实验器材

不同规格带盖塑料瓶若干，铁架台一个，玻璃管若干，止水夹4个，胶头滴管1支，美工刀，30cm铁丝1根，火柴。

2. 改进实验装置制作说明

（1）制取装置

选用350mL的塑料矿泉水瓶，在其底部用烧红的细铁丝打若干微小孔，瓶身用烧热的玻璃管打2个小孔。选用2.5L塑料矿泉水瓶，剪下其底部5cm处，装置如图1。

（2）有关说明二氧化碳性质的装置

选用广口塑料瓶，用烧热的玻璃管打3个小孔，分别装上带有止水夹的玻璃管，其中进气孔1到出气孔2、3的距离相等，且孔2、孔3分别位于孔1的上下方。将八宝粥大号塑料瓶盖固定在铁线上，用于放置蓝色石蕊试纸。装置如图2。

（3）二氧化碳与澄清石灰水、氢氧化钠溶液的反应装置

选用350mL塑料矿泉水瓶，剪取其底部10cm部分，装置如图3。

3. 实验操作、现象及结论

（1）装置气密性检查：如图4，连接好装置，塑料杯1和塑料杯2中加入适量水，关闭K2、K3，打开K1、K4，将导管插入塑料杯2的水中，塑料瓶1底部迅速浸入塑料杯1水中一定深度。若导管口有气泡冒出，至无气泡冒出后，再将塑料瓶1提起至底部不离开液面，导管口形成液柱，说明装置气密性良好。

（2）分别取一条干燥的和喷过水的湿润石蕊试纸放在大号塑料瓶盖两侧，观察到试纸均未变色，连同铁丝放入塑料瓶2中，旋紧瓶盖。在塑料杯2中加入澄清石灰水。

点燃高、低蜡烛，关闭K4，打开K1、K2、K3。将放有适量石灰石的塑料瓶1浸入装有盐酸的塑料杯1中，观察到塑料1中产生气泡。一会儿，低处的蜡烛先熄灭，再关闭K3，高处的蜡烛也跟着熄灭。

结论：二氧化碳的密度比空气大，二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧。

关闭K1，打开K4，观察到澄清石灰水变浑浊，提起塑料瓶1至瓶底离开盐酸溶液，停止制取二氧化碳。

结论：二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊。

用醋酸喷洒蓝色石蕊试纸，试纸变成红色。打开塑料瓶2，取出放置试纸的瓶盖，观察到干燥石蕊试纸不变色，湿润石蕊试纸变成红色。

结论：二氧化碳与水反应生成碳酸。

（3）用胶头滴管吸取盐酸溶液滴入装有足量氢氧化钠溶液的塑料杯3中，观察到无明显现象。

关闭K3，打开K4，将塑料瓶1瓶底浸入塑料杯1中盐酸溶液中，将导管插入氢氧化钠溶液中，观察到氢氧化钠溶液刚开始无现象，一会儿后，导管口有气泡产生。提起塑料瓶1至瓶底离开盐酸溶液，停止制取二氧化碳。

往已通入二氧化碳的氢氧化钠溶液中滴入盐酸，观察到溶液中有气泡产生。

结论：二氧化碳能与氢氧化钠溶液反应。

4. 实验装置制作及操作注意事项

（1）装置小孔连接处的气密性处理，塑料制品不宜用凡士林、石蜡等不容易定型的材料，宜选用易定型的AB胶、玻璃胶等。

（2）为让高、低蜡烛熄灭的实验现象呈现更快些，需先关闭K4，让发生装置产生的二氧化碳更多、更快的到达塑料瓶2。

（3）加入大理石的高度约到瓶身2cm高度，盐酸的量约150mL，不宜过多，为保证实验制取的二氧化碳量足够，选用浓度较大的盐酸。

（4）如图2中，注意高、低蜡烛出氣孔2、孔3和进气孔1的距离相等，塑料盖上的干、湿石蕊试纸的放置位置需与进气孔间的距离相等，控制实验无关变量，保证实验结论的可靠性。

四、 实验改进的优点

1. 随着制取反应的进行，盐酸的浓度会不断地降低，使制取的气体浓度不断减小，影响实验效果，该发生装置利于控制制取反应的开始和停止，根据需要适时添加盐酸、处理反应废液，节约药品和课前准备时间，避免实验过程中因二氧化碳气体的不足等各种突发情况的发生，提高实验成功率。

2. 该装置实现了二氧化碳制取和性质的一体化，利于教师根据教学要求和课堂实际等不同需求，灵活选择课本所要求探究性质的一体化实验或分步实验，也可让学生动手自制该套实验用具，进行分组实验，通过该一体化实验启发、提高学生设计实验的能力。

3. 二氧化碳与氢氧化钠的实验，是困扰实验教学的一个难点，也是教材实验的空白，且以往的探究更多的关注如何呈现明显的现象，忽略了无明显现象产物的验证。本实验设计盐酸分别与通入二氧化碳的氢氧化钠溶液前后反应现象对比，通过简单的操作，加深学生对无明显现象实验的认识。

4. 塑料制品取材方便、制作简便、携带方便、不易破损，可以连续使用多年。视觉冲击力强，利于激发学生的学习兴趣，培养学生的应用化学知识研究和解决问题的能力。

总之，通过实验改进，既提高了教师实验演示的成功率和效果，又利于学生开展自主实验;既发挥了教师创造性能力，也培养学生动手操作探究能力;既降低了实验风险，又落实了绿色低碳的环保理念。

参考文献：

[1]耿庆波.基于绿色理念的高中化学实验教学之我见[J].新课程：中学，2012（10）：83.

[2]刘德兵.利用“废弃塑料瓶”的化学实验教具制作初探[J].化学教与学，2017（2）：88-90.

[3]陈继清.“二氧化碳性质实验的创新设计”实践上的改进[J].教育与装备研究，2017（4）：83-84.

[4]朱永成.核心素养下高中化学实验教学探析[J].科学咨询：科技·管理，2019（5）.

[5]陈钰纯，潘慧.基于微课的高中化学实验教学应用初探：以“黑面包实验”为例[J].教育观察，2019（21）.

[6]翁宗军.高中化学趣味实验设计探索[J].经贸实践，2018（1）.

[7]翁孝芳.农村高中化学科学探究能力培养的研究[J].现代交际，2017（11）.

[8]杨远贞.新课程背景下高中化学实验教学现状分析与建议[J].教育观察，2018（2）.

作者简介：詹秋霞，福建省福安市，福建省福安市德艺学校。