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        優(yōu)化設(shè)計 提高效率
        ——對探究二氧化碳性質(zhì)實驗裝置的改進

        2021-07-22 03:53:34重慶市巴川中學(xué)鄔成香
        發(fā)明與創(chuàng)新 2021年30期
        關(guān)鍵詞:石蕊玻璃管試液

        ◆重慶市巴川中學(xué) 鄔成香 劉 松

        探究二氧化碳的性質(zhì)實驗是化學(xué)實驗教學(xué)的重點之一。為幫助學(xué)生更好地理解二氧化碳的性質(zhì),培養(yǎng)其觀察的習(xí)慣和創(chuàng)新能力,我們改進了原有的實驗裝置,將探究二氧化碳性質(zhì)的幾個實驗組合在一起,既節(jié)約了藥品,又提升了教學(xué)效率。

        一、實驗準(zhǔn)備

        玻璃管、集氣瓶、玻璃片、氣球皮、膠塞、導(dǎo)管、玻璃活塞、膠頭滴管、球形干燥管、試管、止水夾、噴霧瓶、火柴、蠟燭、棉花。

        稀鹽酸、醋酸、石灰石、飽和碳酸氫鈉溶液、氯化鈣固體、蒸餾水、澄清的石灰水、紫色石蕊試液浸泡過的濾紙條。

        二、改進后的實驗裝置

        改進后的實驗裝置如圖1。

        圖1 改進后的完整裝置

        三、改進后的實驗裝置介紹

        在二氧化碳氣體的制取裝置A的直角導(dǎo)氣管上連接一根干燥管,干燥管的前端放入浸有飽和碳酸氫鈉溶液的棉花團,用于吸收揮發(fā)的氯化氫氣體。干燥管的圓球部分放入氯化鈣固體,用于吸附二氧化碳氣體中的水分,獲得干燥、純凈的二氧化碳,以利于后續(xù)實驗的順利完成。

        B裝置中的玻璃管貼有4張用紫色石蕊試液浸泡過的濾紙條,內(nèi)側(cè)干、外側(cè)干、內(nèi)側(cè)濕和外側(cè)濕的各1張并編號,外側(cè)濕的濾紙條表面貼有塑料薄膜,避免后續(xù)實驗過程中受到影響。C、D集氣瓶中裝有約1/3的水,膠頭滴管中裝有紫色石蕊試液,膠頭與滴管接觸的地方用線或橡皮筋綁緊,防止實驗過程中漏氣,影響實驗效果。

        圖2 裝置B實物圖

        圖3 裝置C、D實物圖

        四、實驗操作與結(jié)果

        探究1:二氧化碳氣體的檢驗

        問題1:生成的是否為二氧化碳氣體?

        實驗:打開左邊的止水夾,啟動反應(yīng)裝置,向集滿氣體的一個集氣瓶中倒入少量的澄清石灰水,觀察現(xiàn)象。

        現(xiàn)象:澄清的石灰水變渾濁。

        結(jié)論:集氣瓶中收集的是二氧化碳氣體,進一步推斷二氧化碳與石灰水發(fā)生了反應(yīng)。

        探究2:—般條件下二氧化碳的滅火性

        問題2:為什么二氧化碳氣體能滅火?

        實驗:打開左邊的止水夾,啟動反應(yīng)裝置,關(guān)閉右邊的止水夾。用細沙固定高、矮蠟燭,用玻璃管集滿二氧化碳氣體,用鑷子取下玻璃管下端的氣球皮。

        現(xiàn)象:矮蠟燭先熄滅,高蠟燭后熄滅。

        結(jié)論:二氧化碳不燃燒也不支持燃燒,密度大于空氣。

        創(chuàng)新點:成功率高,操作安全;教師課前無需提前準(zhǔn)備二氧化碳;蠟燭易固定,燭油易清理。

        探究3:哪種物質(zhì)使紫色石蕊濾紙條變紅

        問題3:二氧化碳與水反應(yīng)了嗎?

        實驗:打開左邊的止水夾,啟動反應(yīng)裝置,關(guān)閉右邊的止水夾。玻璃管內(nèi)壁分別貼有濕潤和干燥的紫色石蕊濾紙條。用噴瓶向玻璃管外壁上4號濾紙條噴醋酸。

        現(xiàn)象:玻璃管中1號濾紙條顏色不變,2號濾紙條由紫變紅,4號濾紙條變紅。

        結(jié)論:二氧化碳不能使干燥的紫色石蕊濾紙條變色,水不能使干燥的紫色石蕊濾紙條變色。二氧化碳能使?jié)駶櫟淖仙餅V紙條變紅,醋酸能使紫色石蕊濾紙條變紅,說明二氧化碳氣體不顯酸性。但二氧化碳和濕濾紙條上的水反應(yīng)會生成碳酸,顯酸性,碳酸使?jié)駶櫟淖仙餅V紙條變紅。對比分析內(nèi)部濾紙條顏色的變化,得出二氧化碳與水反應(yīng)的結(jié)論。

        圖4 B裝置實驗前、后對比

        探究4:二氧化碳的溶解性實驗

        實驗:打開左邊的止水夾,啟動反應(yīng)裝置,用集氣瓶D收集一瓶二氧化碳,向D瓶中倒入約1/3體積的水,立即塞緊膠頭滴管(膠帽內(nèi)已吸取紫色石蕊試液)的單孔塞,振蕩。同時向裝有空氣的C瓶中倒入約1/3體積的水,立即塞緊膠頭滴管(膠帽內(nèi)已吸取紫色石蕊試液)的單孔塞,振蕩。

        現(xiàn)象:D瓶膠帽變癟,紫色石蕊試液自動滴下且溶液變紅,C瓶膠帽形狀和紫色石蕊試液顏色均無變化,如圖5。

        圖5 C、D集氣瓶實驗前、后對比

        結(jié)論:膠帽變癟說明集氣瓶內(nèi)部氣壓變小,證明二氧化碳能溶于水。二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸,碳酸能使紫色石蕊試液變紅。

        探究5:碳酸受熱分解實驗

        實驗:取下玻璃管中的2號變色后的濕潤石蕊濾紙條,在點燃的酒精燈上方烘干。

        現(xiàn)象:濕潤的紅色石蕊濾紙條隨著水分的蒸發(fā)逐漸變成紫色。

        結(jié)論:碳酸不穩(wěn)定,易分解。

        五、實驗裝置設(shè)計的優(yōu)點

        1.利用一體化的裝置設(shè)計巧妙地探究了二氧化碳的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),幾個實驗一氣呵成,對比強烈,實驗現(xiàn)象明顯,連貫性強。

        2.本實驗裝置充分運用控制變量法、對比實驗法培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和探究精神,降低了學(xué)生理解的難度,有利于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

        3.該裝置中的實驗反應(yīng)可以隨時發(fā)生、隨時停止,氣體循環(huán)使用,減少了向大氣中排放的二氧化碳量。

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