探究二氧化碳性质的创新实验设计

孙延波 张大臣

[摘要]在现行初中化学教材中，关于探究二氧化碳性质的实验设计方案所存在的系列问题，可能导致学生对实验结果产生错误的理解，需要对实验的操作程序及步骤进行改进。

[关键词]二氧化碳性质实验创新设计

[中图分类号]G633.8[文献标识码]A[文章编号]16746058（2015）110097

在我们所使用的现行初中化学教材中，有关探究二氧化碳性质的实验设计方案，有的实验过程不够简捷，有的操作步骤不够合理，有的证明依据不够严密，这些都可能导致学生对实验结果产生错误的理解，因此需要教师根据具体情况对实验的操作程序及步骤进行改进，以求实验现象更加明显，更好地发挥实验的教育价值。

【实验一】证明二氧化碳的密度比空气大。

教材中的实验设计：在托盘天平两边各放一只250mL的烧杯，调节天平平衡。然后向其中一只烧杯中慢慢倾倒集气瓶中的二氧化碳气体。观察现象。

存在的问题：由于在倾倒的过程中气体会扩散，并且倾倒的速度过快或过慢，都会造成“天平倾斜”的现象不明显，使得实验现象的可信度降低。

改进后的实验装置如图1所示。

图1改进后的实验设计：把充有空气的气球放入烧杯中，将导气管管口伸入到烧杯的底部，然后通入二氧化碳，观察现象。随着二氧化碳的通入，可以观察到气球慢慢升起，悬浮在烧杯里。

改进后的优点：1.改进后的实验效果非常明显，成功率高。2.增强了实验的可见度和可信度。3.便于制作和操作，可以作为学生实验来进行，提高学生的探究兴趣。

【实验二】证明二氧化碳可溶于水。

教材中的实验设计：向盛有二氧化碳的软塑料瓶中加入适量的蒸馏水，迅速拧紧瓶盖，振荡。可以观察到软塑料瓶变瘪，说明二氧化碳溶于水。原因是二氧化碳溶于水，使得瓶内的气压减小，所以瓶子才会变瘪。

但在实际操作中存在这样的问题：一是用塑料瓶采取向上排空气法收集二氧化碳，塑料瓶不易稳定放置；二是需要的二氧化碳的量较大，收集时间较长。

改进后的实验装置如图2所示。

图2改进后的实验设计：

改进一：向装有二氧化碳的集气瓶中注入适量水，盖上玻璃片，充分振荡，将集气瓶倒置过来，可以观察到玻璃片没有掉下来。改进后的实验效果能更好地说明二氧化碳溶于水。正是由于二氧化碳溶于水使得瓶内的气压小于外界大气压，大气压产生的压力能够托住玻璃片，使其不至于掉下来，实验可信度高。对这个实验学生充满了好奇，激发了学生的探究兴趣。

改进二：用注射器吸入10mL二氧化碳气体再吸收10mL蒸馏水，然后用橡皮塞堵住针眼，充分振荡。发现注射器中气体的量减少了。这个实验不仅能够说明二氧化碳能溶于水，更能直观地表示出二氧化碳气体的溶解量。

改进三：将充满二氧化碳气体的试管倒扣于水中，轻轻晃动试管，可以观察到试管内液面上升。这个实验简单易行，也能说明二氧化碳气体能溶于水，学生乐于尝试。

【实验三】证明二氧化碳与氢氧化钠发生反应。

因为CO2通入到NaOH溶液中无明显的反应现象，那么如何证明CO2与NaOH是不是确实发生了反应呢？

我们通常采用的实验方案是：将CO2通入到NaOH溶液中，证明生成了新物质Na2CO3，在反应后的溶液里滴加盐酸，如果有气泡产生，就证明CO2与NaOH发生了反应。

图3但是这个实验方案的设计在逻辑上还是不够严谨。理由如下：因为CO2也能与NaOH溶液中的H2O反应生成H2CO3，同样含有CO2-3，那么如何证明是Na2CO3中的CO2-3与酸反应放出CO2，还是H2CO3中的CO2-3与酸反应放出CO2？这就需要消除H2CO3的影响。

我们将实验过程做了以下改进：先将反应后的溶液加热，使H2CO3分解，冷却到室温，再滴加盐酸，有气泡产生，就证明CO2与NaOH确实发生了反应。改进后的实验方案排除了干扰，逻辑更加严密，步骤更加完整，且获得了准确的结论。

也可以设计下面的实验，更直观地证明二氧化碳与氢氧化钠发生反应：向盛有二氧化碳的软塑料瓶中直接加入两药匙氢氧化钠固体，迅速拧紧瓶盖，充分摇晃。过一会，可以观察到软塑料瓶变瘪，并能感受到塑料瓶发热变烫。再向塑料瓶中加入盐酸，又观察到有气泡产生。这个实验操作简单，效果明显。能充分说明二氧化碳与氢氧化钠确实发生了化学反应。

（责任编辑罗艳）