王海生 李焱 許九奎

摘要：將粉末狀二氧化錳制作成“二氧化錳凝塊”，并基于“二氧化錳凝塊”設(shè)計(jì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)自主探究找到“改變反應(yīng)速率”“質(zhì)量不變”“化學(xué)性質(zhì)不變”三個(gè)特征，從而幫助學(xué)生真正自主建構(gòu)催化劑這一核心概念；用改進(jìn)后的“二氧化錳凝塊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不僅提高了實(shí)驗(yàn)效果，還極大方便了二氧化錳的回收利用，充分體現(xiàn)綠色化學(xué)理念。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)改進(jìn)；二氧化錳凝塊；催化劑；綠色化學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）01-0095-03中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.01.023

人教版教材第二單元課題3“制取氧氣”的內(nèi)容中，在P38頁(yè)的【探究】活動(dòng)中通過(guò)實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)并形成“催化劑”的概念時(shí)，使用粉末狀二氧化錳進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，存在兩個(gè)問(wèn)題：一是過(guò)氧化氫溶液與二氧化錳粉末接觸充分，反應(yīng)劇烈，形成了黑色的二氧化錳懸濁液，不利于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察；二是由于反應(yīng)后粉末狀二氧化錳的分離需要經(jīng)過(guò)過(guò)濾、洗滌、干燥等過(guò)程，用時(shí)長(zhǎng)且操作繁瑣，過(guò)程中還會(huì)有干燥方法的選擇、二氧化錳附著在濾紙上等實(shí)際問(wèn)題難以處理，故難以驗(yàn)證催化劑在“反應(yīng)前后質(zhì)量不變”這一特點(diǎn)，不利于學(xué)生充分理解并形成核心概念。

快速堵漏靈是一種凝結(jié)硬化快，小時(shí)強(qiáng)度高，具有微膨脹的水硬性材料，此原料無(wú)毒無(wú)味[1]；白乳膠的主要成分是聚乙烯醇，無(wú)毒，可以和水以任意比例互溶[2]，加入后可以使凝塊更緊實(shí)，表面無(wú)顆粒脫落。

2.制作方法

為了解決上述2個(gè)問(wèn)題，筆者一方面將粉末狀二氧化錳制成“二氧化錳凝塊”，便于驗(yàn)證催化劑“反應(yīng)前后質(zhì)量不變”的特點(diǎn)；另一方面基于“二氧化錳凝塊”的改進(jìn)，重新設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程，從而更好地引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，并基于證據(jù)推理形成催化劑這一核心概念。

一、“二氧化錳凝塊”的制作

1.制作原料和器材

快速堵漏靈（衛(wèi)生間漏水維修用的，如圖1所示）、二氧化錳粉末、白乳膠、自來(lái)水、一次性塑料吸管（如圖2所示）和電動(dòng)牙刷。

（1）將二氧化錳粉末和堵漏靈按質(zhì)量比1∶1混合均勻，加入適量水和白乳膠調(diào)和成糊狀，由于堵漏靈的凝固速度很快，糊狀物要有一定的流動(dòng)性。

（2）將調(diào)和好的糊狀物裝入塑料模具中，凝固后，凝塊不會(huì)與塑料粘連，能保持良好的外形。經(jīng)多次探索比較，筆者將糊狀物灌裝入一次性塑料吸管的頭部，凝固后的凝塊性能優(yōu)異。這樣制作出的凝塊外形類似膠囊，表面光滑，結(jié)塊緊實(shí)，沒(méi)有顆粒物脫落，有很強(qiáng)的抗外力能力，即使從1m高處掉落也不會(huì)破損。

（3）借鑒混凝土澆筑時(shí)振動(dòng)棒的作用，灌裝糊狀物時(shí)要充分振動(dòng)模具，排出混合物中的氣泡，達(dá)到結(jié)塊緊實(shí)的目的。振動(dòng)時(shí)可以用手指彈，有條件的可以用超聲波電動(dòng)牙刷接觸模具外壁，效果更佳。

（4）由于混合物的膨脹率不高，將裝入模具中的混合物陰干、晾干均可，24小時(shí)即可硬化脫模。脫模時(shí)只需要撕掉表面的塑料模具，再用砂紙打磨部分邊角，形似膠囊的“二氧化錳凝塊”（如圖3所示）就制作完成了。

二、基于“二氧化錳凝塊”的實(shí)驗(yàn)過(guò)程及說(shuō)明

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程

按圖4所示方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)后，通過(guò)對(duì)比步驟①③認(rèn)識(shí)催化劑“可加快反應(yīng)速率”的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比②④認(rèn)識(shí)催化劑“反應(yīng)前后質(zhì)量不變”的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比③⑤認(rèn)識(shí)催化劑“反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不變”的特點(diǎn)。

2.實(shí)驗(yàn)說(shuō)明

（1）關(guān)于過(guò)氧化氫濃度的選擇

人教版教材實(shí)驗(yàn)中用的是5%的過(guò)氧化氫溶液，由于“二氧化錳凝塊”與二氧化錳粉末相比，接觸面積相對(duì)較小，故將過(guò)氧化氫溶液的濃度提高到10%，可使產(chǎn)生氧氣速率適中。

（2）關(guān)于“二氧化錳凝塊”尺寸

制成的“二氧化錳凝塊”為膠囊狀，圓柱體直徑約1cm，長(zhǎng)4cm，能很好的裝入試管中，用試管完成實(shí)驗(yàn)時(shí)只需要一?！岸趸i凝塊”，用錐形瓶大量制氧氣時(shí)可用多?！岸趸i凝塊”。

（3）干燥方法的選擇

若用干燥的“二氧化錳凝塊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)后取出的凝塊需要用水沖洗，然后用電熱吹風(fēng)機(jī)吹干，但徹底吹干耗時(shí)較長(zhǎng)。所以筆者采用“吸附飽和法”，實(shí)驗(yàn)前先將“二氧化錳凝塊”在水中浸泡（5分鐘即可），使其充分吸附水分，取出后用吸水紙（過(guò)濾用的濾紙即可）吸干表面水分，裝入試劑瓶備用。

實(shí)驗(yàn)時(shí)先稱量預(yù)處理過(guò)的備用“二氧化錳凝塊”的質(zhì)量m1，實(shí)驗(yàn)后取出“二氧化錳凝塊”用水沖洗，然后用吸水紙吸干表面水分后，再次稱量“二氧化錳凝塊”的質(zhì)量m2，可以很好地驗(yàn)證出“二氧化錳在反應(yīng)前后質(zhì)量不變（即m1=m2）”的結(jié)論。該方法操作簡(jiǎn)便，耗時(shí)短，實(shí)驗(yàn)效果好。

（4）對(duì)比驗(yàn)證“二氧化錳凝塊”的催化效果

考慮到“二氧化錳凝塊”中含有堵漏劑和白乳膠，為了設(shè)置對(duì)照證明二氧化錳的作用，筆者用相同的方法制作了堵漏劑和白乳膠的混合物凝塊（如圖5所示），并進(jìn)行了圖6所示的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)：“二氧化錳凝塊”與過(guò)氧化氫溶液作用時(shí)產(chǎn)生大量氣泡，而“混合凝塊”與過(guò)氧化氫溶液作用時(shí)只在表面產(chǎn)生極少量細(xì)小氣泡。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的優(yōu)點(diǎn)

本實(shí)驗(yàn)中將二氧化錳粉末制作成“二氧化錳凝塊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。

1.使用“二氧化錳凝塊”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)速率適中，且未形成黑色的二氧化錳懸濁液，便于觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.使用“二氧化錳凝塊”催化分解過(guò)氧化氫溶液制取氧氣時(shí)，可用啟普發(fā)生器或圖7所示的“類啟普發(fā)生器”裝置，實(shí)現(xiàn)制氧氣時(shí)可隨時(shí)控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

3.使用“二氧化錳凝塊”替代二氧化錳粉末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，對(duì)人教版教材的探究活動(dòng)作了很好的補(bǔ)充，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中真實(shí)地認(rèn)識(shí)到了“催化劑在化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量不變”這一特點(diǎn)，從而完善并深化了學(xué)生對(duì)催化劑的認(rèn)知。

4.使用“二氧化錳凝塊”替代二氧化錳粉末進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，極大地方便了二氧化錳的回收，進(jìn)而真正實(shí)現(xiàn)了二氧化錳的再利用，更符合綠色化學(xué)理念。

參考文獻(xiàn)

[1]快速堵漏劑[360百科].https：//baike.so.com/doc/6826973-7044162.html，202009.

[2]王麗麗，吳暾艷，張艷華，譚宗俊.過(guò)氧化氫催化分解制備氧氣的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)研究[J].化學(xué)教學(xué)，2019（6）：73-75.