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        巧用干冰設計二氧化碳性質(zhì)系列實驗*

        2019-07-12 08:15:56馬逸群吳國慶李德前
        中國現(xiàn)代教育裝備 2019年12期
        關(guān)鍵詞:紙花石蕊干冰

        馬逸群 魏 海 吳國慶 李德前

        在現(xiàn)行各種版本的初中化學教科書中,二氧化碳性質(zhì)實驗一般使用集氣瓶里的二氧化碳氣體,或直接使用來自氣體發(fā)生裝置內(nèi)的二氧化碳氣體。在中學化學實驗教學中,巧妙利用干冰易升華的特性,直接利用干冰代替二氧化碳氣體在開放的空間里進行二氧化碳性質(zhì)系列實驗,增強了實驗教學的效果。

        一、實驗原理

        隨著社會需求的多元化,干冰已成為日常生活中比較常見的物品,通過線上購買很容易獲得。

        干冰是固態(tài)的二氧化碳,當溫度高于-78.5 ℃時會直接升華為二氧化碳氣體,同時吸收大量的熱(使得周圍空氣快速冷卻,如果環(huán)境中水蒸氣含量較大還會出現(xiàn)大量白霧[1])。因此,通過足量的干冰不斷升華,就可以源源不斷地獲得流動的二氧化碳氣體,以此進行二氧化碳性質(zhì)系列實驗,能給實驗教學帶來意想不到的效果與精彩呈現(xiàn)。

        二、實驗用品

        主要有塑料水槽、小燒杯、小氣球、火柴、手套、護目鏡、抹布等,干冰、石灰水、鎂帶、蒸餾水、蠟燭、石蕊紙花等。

        三、實驗步驟

        (1)線上購買干冰(備用)。

        (2)在實驗桌上放置一個塑料水槽,將0.5 kg左右的干冰放入水槽里。再取一個小氣球,充入適量的空氣至大小合適為止,并扎緊氣球口,然后將小氣球放到水槽口正上方10 cm左右的高度,慢慢松開手,可以觀察到小氣球懸浮在干冰上方而不會降落(如圖1所示)。

        本實驗中充滿空氣的小氣球也可以用肥皂泡代替,即利用兒童玩具吹泡器,在干冰的正上方吹出大量的肥皂泡,可以觀察到肥皂泡懸浮于水槽上方,并處于輕微的飄蕩狀態(tài)。

        圖1 小氣球懸浮演示實驗

        (3)自制兩朵石蕊紙花,一朵保持干燥,一朵噴水濕潤,再將它們分別固定在粗鐵絲上;然后,將兩朵紙花同時放在水槽口處,很快觀察到干燥的石蕊紙花不變紅,濕潤的石蕊紙花變紅色(如圖2所示)。

        圖2 石蕊紙花變色實驗

        (4)取一段長10 cm左右的鎂條,打磨表面的氧化膜,將其插入干冰中,注意使鎂條上端露出1 cm左右、下端離水槽底部有2 cm左右(如圖3所示);將鎂條點燃,暴露在空氣中的鎂條立即燃燒,緊接著在干冰中的鎂條繼續(xù)劇烈燃燒,發(fā)出耀眼的白光,產(chǎn)生大量的白煙,放出大量的熱;燃燒結(jié)束,發(fā)現(xiàn)干冰上散落著黑色固體和白色固體。

        圖3 鎂條在干冰中劇烈燃燒實驗

        (5)在靠近水槽的左邊桌面上,固定高低不同的兩支蠟燭,注意使高蠟燭頂端高于水槽的邊口、矮蠟燭頂端明顯低于水槽的邊口;在靠近水槽的右邊桌面上,放置盛有適量澄清石灰水的小燒杯(如圖4所示)。點燃兩支蠟燭,然后將適量的熱水倒入水槽中,立刻有大量的白霧從水槽中噴涌而出,非常壯觀,而且絕大部分白霧順勢而下;同時看到矮蠟燭立即熄滅,高蠟燭沒有熄滅;再振蕩小燒杯里的澄清石灰水,石灰水瞬間變渾。

        圖4 干冰注入致蠟燭熄滅實驗

        四、現(xiàn)象分析

        充滿空氣的小氣球能夠懸浮于干冰的正上方,據(jù)此并結(jié)合物體的浮沉條件不難推出,二氧化碳氣體的密度比氣球中氣體的密度大,即二氧化碳氣體的密度比空氣大。

        石蕊紙花接觸到二氧化碳氣體后,干燥的不變色、濕潤的變紅色,說明水與二氧化碳反應生成酸性物質(zhì),有關(guān)的化學方程式是CO2+H2O= H2CO3。

        鎂條能在干冰中劇烈燃燒,說明二氧化碳可以支持鎂等活潑金屬的燃燒,有關(guān)的化學方程式是。進而可知,二氧化碳氣體在一般條件下不燃燒、不支持燃燒,但活潑金屬引起的火災不能使用二氧化碳撲滅。

        向干冰中加入適量的熱水,立即出現(xiàn)非常明顯的云霧現(xiàn)象,說明升高溫度可以加快干冰升華,且干冰升華會引起環(huán)境溫度降低。產(chǎn)生的白霧主要向下流淌,說明二氧化碳氣體的密度比空氣大。

        矮蠟燭熄滅、高蠟燭沒有熄滅,說明通常情況下二氧化碳氣體不燃燒、不支持燃燒,且二氧化碳氣體的密度比空氣大;放在水槽邊的澄清石灰水變渾濁,說明二氧化碳與氫氧化鈣反應生成不溶性的物質(zhì),有關(guān)的化學方程式是CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O。

        干冰升華后,產(chǎn)生密度大于空氣的二氧化碳氣體能夠大量地逸出水槽,充分說明二氧化碳分子在不停地運動,即微粒具有運動性[2]。

        五、實驗優(yōu)點

        利用干冰設計的二氧化碳性質(zhì)系列實驗,過程清晰、操作簡潔、實驗安全、現(xiàn)象生動,能夠激發(fā)學生學習化學的好奇心。

        鎂能在二氧化碳中燃燒的事實,不僅培養(yǎng)了學生的辯證唯物主義觀點,同時發(fā)展了學生的理性思維,使他們認識到化學反應條件的重要性及可控性。

        利用干冰設計化學實驗,豐富了化學實驗教學資源,開闊了學生的眼界,有利于提高化學實驗教學的有效性。

        加深了學生對干冰性質(zhì)及用途的認識,提高了學生對身邊化學物質(zhì)的探究欲望,促進了學生化學核心素養(yǎng)的發(fā)展。

        六、注意事項

        干冰不要嚴嚴實實地密封于容器內(nèi),以防內(nèi)壓過大而引起爆炸;可以放在干冷的保溫瓶里,并使瓶口稍微透氣。

        進行上述實驗要戴上手套,以防干冰凍傷人手;進行鎂的燃燒實驗,還要帶好護目鏡,以防強光傷害人的眼睛和皮膚[3]。

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