浅析“二氧化碳制取及性质一体化实验”的改进与创新

张 朋

(临泉县第七中学 安徽阜阳 236401)

引言

初中化学教材中涉及氧气、氢气、二氧化碳等气体性质的实验，一般采用的顺序是先收集几瓶气体，再逐一验证其不同性质。这样的顺序安排存在一定不足，如：课前需要准备大量气体，容易造成浪费且携带不方便；容易造成气体外泄，还可能由于纯度不够而实验现象不明显甚至失败；不能同时进行多个实验，容易造成教学任务完不成。基于此，我设计了集气体的发生和性质实验于一体的综合实验装置，此装置操作简便，实验现象明显，很好地弥补了上述不足，特别是应用在二氧化碳教学中，取得了较好的教学效果，调动了学生的实验兴趣，深受学生喜爱。

下面从“二氧化碳制取及性质”在教材中的地位与作用等五个方面进行陈述，综合分析一体化实验的改进与创新。

一、“二氧化碳制取及性质”在教材中的地位与作用

“二氧化碳的制取及性质”出自人教版九年级上册第六单元课题二和课题三，是初中化学物质学习的核心和纽带。“二氧化碳的制取及性质”的学习，属于物质性质学习方法的再现及加强。它在九年级上册教材中具有承上启下的作用，在初中学习中占据链接地位。化学课程标准中要求，要结合生活实例说明二氧化碳的主要性质和用途。本节课主要通过实验让学生认识到“化学来源于生活，又应用于生活”这一普遍规律。

本节课是教材首次利用大量实验来探究物质性质，灵活性强，可挖掘性大。另外，它还为培养学生的综合实验能力提供了重要的契机。

二、“二氧化碳的性质实验”再认识

教材依次通过实验6-3、实验6-4、实验6-5分别介绍二氧化碳的性质：其密度比空气大，不支持燃烧，能溶于水，与水发生化学反应等。联系学生已有的知识，介绍了二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的原因。

1.实验原型的要求

实验6-3中，为了看到更明显的实验现象，二氧化碳的量要充足，集气瓶的容积比烧杯的容积要大一些，倾倒时可以用一片玻璃片进行遮挡，防止将二氧化碳直接倒在上层而使上侧的蜡烛先熄灭，对学生造成实验干扰。

实验6-4中，二氧化碳的量也要充足，同时提前收集满，并且密封好塑料瓶，防止因二氧化碳收集过少或者密封不严观察不到塑料瓶子瘪下去这一重要实验现象。

实验6-5中，利用4朵紫色石蕊染成的干燥纸质小花探究二氧化碳与水的反应。整个实验过程中二氧化碳用量比较多，耗时比较久，操作复杂，观察对比实验现象更是容易出错。

三次实验都需要提前收集好二氧化碳并分别实验，这给“二氧化碳的性质实验”带来了一定的挑战。

2.实验原型存在的不足

(1)所用器材繁杂，药品消耗量大。

为了顺利完成本节课安排的三个实验，需要使用三组实验装置，更需要提前准备好二氧化碳。而制取好的二氧化碳搁置一段时间后，就不能保证二氧化碳的纯度，因而实验现象可能不明显。

(2)原制取实验中，反应物稀盐酸和大理石混合在一起，不便回收利用，造成资源浪费。

(3)实验耗时严重，影响课堂教学时间。

本节课对三个实验的时间有一定的要求，需要合理分配实验时间，否则很容易导致完不成实验任务，影响教学进度。尤其是倾倒二氧化碳灭蜡烛实验，若集气瓶的位置不对，或倒入二氧化碳时的速率不当，都会导致实验失败，观察不到实验现象。

(4)实验依次进行，缺乏横向对比。

三个性质实验是分别进行的，学生可以很好地对每一个实验进行观察，但是三个实验缺乏横向对比，学生无法发现三个实验之间的内在联系，不利于学生的对比学习及结论的获得。

三、“二氧化碳的性质实验”问题解决

本节课教学要注重学生的实验体验，该课题虽小，但实验较多，并且与上一节课二氧化碳的制取有着密切的联系。“二氧化碳的性质实验”中问题的解决，是大家应当关注的。

第一，如果现场制取二氧化碳，就能很好地控制二氧化碳的使用量，收集到高纯度的二氧化碳，而不用担心收集过少或者密封不好，导致实验失败，就能更加准确地观察到实验现象。

第二，如果将三个性质实验结合在一起，就能很好地解决实验耗时的问题，并且能够及时对比三个实验之间的内在联系，真正培养学生的逻辑思维能力。

第三，如果能够将“二氧化碳的制取”与“二氧化碳的性质验证”两部分内容融合在一起，形成一体化实验装置，那将是对两个课题的升华，对于学生的认知也起到提升作用，使学生的智力得到较大发展。

基于以上三种思考，我反复进行改进与创新，并进行实际操作，设计了“二氧化碳制取及性质”的一体化实验装置，有效地解决了相关问题。

四、“二氧化碳制取及性质一体化实验”设计

针对教材中“二氧化碳性质实验”的不足进行改进，设计一套集气体的发生和性质实验于一体的综合实验装置。此装置操作简便，实验现象明显，综合性强，可一器多用。

1.实验仪器及试剂

塑料瓶一个，小药瓶A，小药瓶B，瓶盖一个，导管两个，铜丝一段，高低台一个，被紫色石蕊溶液染成紫色的滤纸，澄清的石灰水，石灰石，稀盐酸，蜡烛，火柴，铜丝网，等等。

2.实验原理

二氧化碳密度比空气密度大，二氧化碳能与水作用生成碳酸，二氧化碳能使蓝色石蕊试纸变红，二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧。

3.实验操作

(1)制取二氧化碳

①检查装置的气密性。将发生装置的玻璃导管一端放入盛有水的烧杯中，用手轻轻握住塑料瓶，如果导管口有气泡，松开手后导管口有水倒流，证明该装置气密性良好。

②装入药品收集气体。在小药瓶A中，倒入适量的稀盐酸，用铜丝拴住用铜丝网包裹的大理石，在塑料瓶底部内装入有澄清石灰水的小药瓶B，并在塑料瓶两边放置高低蜡烛，按照图示安装好装置，然后将大理石浸入到稀盐酸中去，同时点燃两侧的蜡烛。

(2)二氧化碳的性质实验

待反应一段时间后，观察两侧蜡烛的燃烧情况，并观察小药瓶B中澄清石灰水的变化情况并记录。

4.一体化实验装置使用说明

(1)制取二氧化碳

以一个塑料瓶作为实验的载体，利用铜丝网包裹石灰石做成小团，利用铜线的拉伸将其和悬挂在塑料瓶中部的小药瓶A中的稀盐酸接触，从而制取二氧化碳。在这个过程中，纱布不仅可以将大理石和稀盐酸分开，也可以增加两者的接触面积，有利于节约药品。

(2)验证二氧化碳与澄清石灰水是否发生反应

在塑料瓶的底部放置一个小药瓶B，里面放置澄清石灰水，通过观察澄清石灰水的变化情况，能够很轻松地验证二氧化碳与澄清石灰水是否发生反应。

(3)验证二氧化碳与水发生是否发生反应

在小药瓶A的瓶身外部分别贴上干燥的石蕊纸条和湿润的石蕊纸条，待制取二氧化碳后，观察干燥石蕊纸条和湿润石蕊纸条的变化情况，以此判断二氧化碳与水发生是否发生反应。

(4)验证二氧化碳的密度及可燃性

在塑料瓶的上下口各开一个小孔，插入短吸管作为导管，在管口放置两根高低蜡烛。改进高低蜡烛后，不需要向烧杯中倾倒二氧化碳，就能很轻松地看到高低蜡烛哪一根先熄灭，从而大大提高了实验的成功概率。

图1 二氧化碳制取及性质一体化实验装置说明

5.实验创新点及其优点

(1)创新点

本节实验的设计亮点是三个性质实验通过一套装置完成，同时与“二氧化碳的制取装置”结合在一起，真正做到了“二氧化碳制取”与“二氧化碳的性质实验”两个课题的深度融合，提高了学生的综合实验能力。“二氧化碳制取及性质”一体化实验，以促进学生的认识发展为本，挖掘学生潜力，搭建学生发展平台，在实验的改进、质疑中培养学生的创新精神，发散学生的思维能力，塑造学生的化学学科素养。

(2)优点

首先，“二氧化碳制取及性质”一体化实验的实验材料大多来源于生活中的废旧物品，培养了学生废物再次利用的环保意识，对学生情感态度也是一种升华。

其次，此改进实验将传统分散实验进行了整合，形成了一套连贯、操作简单、省时省力、现象明显、对比性强的装置，这些改进与创新更能引起学生兴趣，激发学生的创新意识。

再次，教学中，教师能够轻松引导学生积极投入到实验仪器的制作中去，学生兴趣浓，求知欲望更强烈，对该实验的印象更为深刻，也有助于他们积极思考实验装置的改进。

最后，一体化实验装置符合绿色化学理念，该装置充分做到了“一器多用”，实用性强。既节约药品、减少污染，便于上课时携带，又节约了课堂教学时间。该一体化装置不仅可用于学生的“活动与探究”，也可用于教师的演示实验。

五、“二氧化碳制取及性质一体化实验”反思

改进后的装置，直观性和可视性更强，易于观察反应现象和反应过程。该实验装置不仅可用于新授课，也可用于复习课，提高了课堂教学效率，更提高了学生学习的兴趣和综合分析问题的能力。

“二氧化碳制取及性质一体化实验”的改进与创新，使学生真正感受实验与生活的高度融合，激发、唤醒每一个学生潜在的能力，更有利于促进学生创新精神的形成，提高学生创新的自信力，培养学生创新实验的能力。

同时，此套装置不但可用于二氧化碳的教学，还可用于氢气、氯气、二氧化硫等不加热反应的气体制取及性质实验。