二氧化碳性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì) 教學(xué)設(shè)計(jì)

2022年安徽省初高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評(píng)選活動(dòng)2022年安徽省初高中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課評(píng)選活動(dòng)人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)《二氧化碳的性質(zhì)》實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新宿州市第二初級(jí)中學(xué)趙永輝人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)《二氧化碳的性質(zhì)》實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新宿州市第二初級(jí)中學(xué)趙永輝二氧化碳的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新一、功能與價(jià)值二氧化碳是九年級(jí)化學(xué)要學(xué)習(xí)的非常重要的物質(zhì)之一，其性質(zhì)是比較全面的通過實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證的。教材通過【實(shí)驗(yàn)6-3】【實(shí)驗(yàn)6-4】和【實(shí)驗(yàn)6-5】，分別驗(yàn)證了二氧化碳密度比空氣大，不支持燃燒，不能燃燒，能溶于水，能與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)等性質(zhì)，然后聯(lián)系學(xué)生已有的知識(shí)，介紹了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的原因。通過實(shí)驗(yàn)操作、記錄現(xiàn)象、分析原因、最后將事實(shí)與預(yù)測(cè)進(jìn)行比較并得出結(jié)論。對(duì)二氧化碳的性質(zhì)得到較全面的驗(yàn)證，培養(yǎng)了學(xué)生觀察、描述、分析、歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，發(fā)展了學(xué)生科學(xué)探究與證據(jù)推理等核心素養(yǎng)。二、原理與拓展1、教師常將該實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)為：①燒杯中下面蠟燭先熄滅，上面蠟燭后熄滅；②礦泉水瓶變癟；③噴白醋紙花變紅，只接觸到水或二氧化碳的紙花都不變紅，噴濕后的紙花放入二氧化碳中變紅，烘干后又變成紫色；對(duì)應(yīng)的解釋分別為：①二氧化碳的密度比空氣大，二氧化碳不支持燃燒且不能燃燒；②二氧化碳能溶于水；③醋酸能使石蕊變紅，水、二氧化碳都不能使石蕊變紅，二氧化碳和水反應(yīng)生成碳酸，碳酸不穩(wěn)定易分解。2、課本中幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的某些現(xiàn)象還是略顯抽象的，不夠具體與生活聯(lián)系的不是特別密切。部分實(shí)驗(yàn)若能采取定量研究的方法既能使實(shí)驗(yàn)的效果更好，且能讓學(xué)生接觸定量研究的方法，拓展學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力。二氧化碳的性質(zhì)之一：能使澄清石灰水（氫氧化鈣溶液）變渾濁，若能拓展聯(lián)系到與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，學(xué)生對(duì)于二氧化碳性質(zhì)的學(xué)習(xí)會(huì)更深入且能拓寬學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路。作為二氧化碳的固體狀態(tài)---干冰，在本節(jié)的實(shí)驗(yàn)中沒有涉及，使得學(xué)生對(duì)二氧化碳的認(rèn)識(shí)不夠全面。如果能利用干冰完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)會(huì)使得本節(jié)課更具趣味性，而且利用干冰制取的二氧化碳更純凈使得實(shí)驗(yàn)的效果更好。三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案綜述教材中的實(shí)驗(yàn)?zāi)茌^好的證明二氧化碳的性質(zhì)。但，因要做多組實(shí)驗(yàn)，所以二氧化碳的用量較多，要提前在實(shí)驗(yàn)室制備較多的二氧化碳，比較耗時(shí)；傾倒二氧化碳的實(shí)驗(yàn)需要注意操作細(xì)節(jié)，操作不當(dāng)很容易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗；用石灰石和稀鹽酸制取的二氧化碳往往可能混有氯化氫氣體，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有一定的影響。因此有不少老師對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)方案主要可分為四類：第一類是類似于一體化實(shí)驗(yàn)，將多組實(shí)驗(yàn)放到同一個(gè)裝置中同時(shí)驗(yàn)證二氧化碳的多條性質(zhì)。第二類是利用可控反應(yīng)發(fā)生和停止的裝置，便于隨時(shí)制備二氧化碳用于實(shí)驗(yàn)。第三類是利用干冰升華、白醋和小蘇打等藥品制取二氧化碳。第四類是改進(jìn)證明二氧化碳性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)方式。二氧化碳性質(zhì)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)分類第一類第二類第三類第四類四、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新1、用可密封的大注射器定量研究二氧化碳的水溶性，用力壓縮注射器活塞并充分振蕩驗(yàn)證壓強(qiáng)增大二氧化碳在水中溶解的更多。2、用可密封的大注射器驗(yàn)證二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁，且過量二氧化碳能使渾濁的澄清石灰水再變澄清。3、用可密封的大注射器驗(yàn)證大量二氧化碳和少量氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，學(xué)生理解通常可利用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳；并在反應(yīng)后的溶液中吸入過量稀鹽酸后，注射器中有大量氣體生成。4、將第3步注射器中生成氣體通入澄清石灰水驗(yàn)證生成氣體是二氧化碳，從而證明二氧化碳和氫氧化鈉確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)生成。實(shí)驗(yàn)儀器：帶橡皮塞和導(dǎo)管的礦泉水瓶、燒杯、帶開關(guān)的大注射器、試管等。?藥品：干冰、純凈水、澄清石灰水（飽和）、氫氧化鈉溶液（約10%）、稀鹽酸（約20%）。1、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用60mL的注射器吸取20mL水，然后快速吸取20mL二氧化碳關(guān)閉開關(guān)用力充分振蕩觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。用力壓注射器并充分振蕩，觀察注射器中二氧化碳剩余的量，并觀察不再壓縮時(shí)剩余二氧化碳的量及注射器活塞上有何現(xiàn)象。（2）用60mL的注射器吸取20mL澄清石灰水，然后快速吸取20mL二氧化碳關(guān)閉開關(guān)觀察現(xiàn)象、輕輕振蕩觀察現(xiàn)象、充分振蕩后觀察現(xiàn)象及最后注射器中二氧化碳剩余的量。（3）用60mL的注射器吸取10mL濃度約為10%的氫氧化鈉溶液，然后快速吸取40mL二氧化碳關(guān)閉開關(guān)觀察現(xiàn)象、觀察充分振蕩后二氧化碳剩余的量；用此注射器快速吸取10mL濃度約為20%的稀鹽酸，然后關(guān)閉開關(guān)用力充分振蕩，觀察注射器中的現(xiàn)象并觀察最終生成氣體的體積；（4）將步驟3中注射器中生成的氣體通入盛有澄清石灰水的試管，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。2、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及解釋：步驟（1）：①注射器中二氧化碳減少，約剩余5mL。因?yàn)槎趸既苡谒ǔ?體積水中能溶解1體積二氧化碳，但因?yàn)槎趸嫉募兌取⑷芙獾臅r(shí)間、溫度、氣壓等原因二氧化碳未完全溶解在水中；②用力壓縮注射器并充分振蕩，觀察到剩余的氣體更少了，證明加壓情況下二氧化碳溶解的更多了，聯(lián)系實(shí)際，生產(chǎn)碳酸飲料就是利用了二氧化碳的這一性質(zhì)。不再加壓時(shí)注射器中剩余氣體略增加，注射器活塞上出現(xiàn)較多氣泡是因?yàn)閴簭?qiáng)減小后二氧化碳溶解度減小，釋放部分二氧化碳及部分碳酸分解產(chǎn)生二氧化碳。步驟（2）：①石灰水變渾濁、輕輕振蕩后更加渾濁。②充分振蕩后渾濁的溶液慢慢變澄清，二氧化碳有微量剩余。澄清石灰水變渾濁是因?yàn)槎趸己统吻迨宜磻?yīng)生成了碳酸鈣的沉淀，完全渾濁后二氧化碳剩余約15mL，剩余的二氧化碳與水、碳酸鈣在充分振蕩后反應(yīng)生成溶于水的碳酸氫鈣，所以渾濁的溶液又慢慢變澄清且二氧化碳有微量剩余，由此可見澄清石灰水能反應(yīng)的二氧化碳的量是有限的。步驟（3）：①注射器中氣體慢慢減少，注射器活塞慢慢向內(nèi)移動(dòng)、充分振蕩后二氧化碳無剩余；濃度適中氫氧化鈉溶液能和大量的二氧化碳反應(yīng)，所以40mL二氧化碳被10mL氫氧化鈉溶液完全反應(yīng)。由此可知檢驗(yàn)二氧化碳用澄清石灰水、吸收二氧化碳用氫氧化鈉溶液。②吸入鹽酸后注射器中有大量氣泡產(chǎn)生，充分振蕩后最終注射器中約有30mL氣體產(chǎn)生，該氣體是二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)的生成物---碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)生成的二氧化碳，與之前吸取的二氧化碳相比體積減少，是因?yàn)樯傻亩趸既芙庠诜磻?yīng)后溶液中的水里，因鹽酸過量、反應(yīng)生成氯化鈉、反應(yīng)放熱水溫升更高等原因二氧化碳在水中的溶解度減小，所以比在20mL水中溶解的量明顯減少。步驟（4）：澄清石灰水變渾濁，證明注射器中生成的氣體是二氧化碳，從而證明了二氧化碳和氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)：該實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新概況為以下特點(diǎn)：裝置優(yōu)點(diǎn)多、現(xiàn)象更直觀、知識(shí)聯(lián)系廣、學(xué)生思考深。利用干冰升華制取二氧化碳操作簡(jiǎn)單，隨時(shí)有大量二氧化碳供實(shí)驗(yàn)使用。注射器有刻度方便定量取藥品、能密封、便于觀察氣體體積的增減、方便改變壓強(qiáng)展示更多實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。能定量研究二氧化碳的溶解性、能證明增大壓強(qiáng)二氧化碳溶解的更多，減小壓強(qiáng)二氧化碳溶解減少與第九章氣體的溶解度建立聯(lián)系且能與碳酸飲料的生產(chǎn)、打開碳酸飲料有氣泡冒出建立聯(lián)系，達(dá)到理論聯(lián)系實(shí)際的效果。在對(duì)比二氧化碳與水、澄清石灰水、氫氧化鈉溶液混合的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能直觀的讓學(xué)生理解為什么用澄清石灰水檢驗(yàn)二氧化碳、用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳。能更直觀的證明二氧化碳和氫氧化鈉確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。教學(xué)中可以有意安排學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程使用放置一段時(shí)間的純凈水與現(xiàn)打開的純凈水；新配的氫氧化鈉溶液與久置部分