二氧化碳性質的實驗創(chuàng)新設計 教學設計

2022年安徽省初高中化學優(yōu)質課評選活動2022年安徽省初高中化學優(yōu)質課評選活動人教版化學九年級上冊《二氧化碳的性質》實驗創(chuàng)新宿州市第二初級中學趙永輝人教版化學九年級上冊《二氧化碳的性質》實驗創(chuàng)新宿州市第二初級中學趙永輝二氧化碳的性質實驗創(chuàng)新一、功能與價值二氧化碳是九年級化學要學習的非常重要的物質之一，其性質是比較全面的通過實驗探究驗證的。教材通過【實驗6-3】【實驗6-4】和【實驗6-5】，分別驗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)生化學反應等性質，然后聯(lián)系學生已有的知識，介紹了二氧化碳能使澄清石灰水變渾濁的原因。通過實驗操作、記錄現(xiàn)象、分析原因、最后將事實與預測進行比較并得出結論。對二氧化碳的性質得到較全面的驗證，培養(yǎng)了學生觀察、描述、分析、歸納總結實驗現(xiàn)象的能力，發(fā)展了學生科學探究與證據(jù)推理等核心素養(yǎng)。二、原理與拓展1、教師常將該實驗現(xiàn)象總結為：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；對應的解釋分別為：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，二氧化碳和水反應生成碳酸，碳酸不穩(wěn)定易分解。2、課本中幾個實驗的某些現(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。部分實驗若能采取定量研究的方法既能使實驗的效果更好，且能讓學生接觸定量研究的方法，拓展學生實驗設計能力。二氧化碳的性質之一：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，并通過實驗驗證，學生對于二氧化碳性質的學習會更深入且能拓寬學生的實驗設計思路。作為二氧化碳的固體狀態(tài)---干冰，在本節(jié)的實驗中沒有涉及，使得學生對二氧化碳的認識不夠全面。如果能利用干冰完成相關實驗會使得本節(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驗的效果更好。三、實驗改進方案綜述教材中的實驗能較好的證明二氧化碳的性質。但，因要做多組實驗，所以二氧化碳的用量較多，要提前在實驗室制備較多的二氧化碳，比較耗時；傾倒二氧化碳的實驗需要注意操作細節(jié)，操作不當很容易導致實驗失??；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，對實驗結果有一定的影響。因此有不少老師對實驗進行了改進，改進方案主要可分為四類：第一類是類似于一體化實驗，將多組實驗放到同一個裝置中同時驗證二氧化碳的多條性質。第二類是利用可控反應發(fā)生和停止的裝置，便于隨時制備二氧化碳用于實驗。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。第四類是改進證明二氧化碳性質的實驗方式。二氧化碳性質的改進實驗分類第一類第二類第三類第四類四、實驗創(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證壓強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證大量二氧化碳和少量氫氧化鈉溶液的反應，學生理解通?？衫脷溲趸c溶液吸收二氧化碳；并在反應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發(fā)生了化學反應生成。實驗儀器：帶橡皮塞和導管的礦泉水瓶、燒杯、帶開關的大注射器、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、實驗步驟：（1）用60mL的注射器吸取20mL水，然后快速吸取20mL二氧化碳關閉開關用力充分振蕩觀察實驗現(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二氧化碳關閉開關觀察現(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二氧化碳關閉開關觀察現(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，然后關閉開關用力充分振蕩，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，觀察實驗現(xiàn)象。2、實驗現(xiàn)象及解釋：步驟（1）：①注射器中二氧化碳減少，約剩余5mL。因為二氧化碳溶于水，通常1體積水中能溶解1體積二氧化碳，但因為二氧化碳的純度、溶解的時間、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)系實際，生產碳酸飲料就是利用了二氧化碳的這一性質。不再加壓時注射器中剩余氣體略增加，注射器活塞上出現(xiàn)較多氣泡是因為壓強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為二氧化碳和澄清石灰水反應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移動、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，所以40mL二氧化碳被10mL氫氧化鈉溶液完全反應。由此可知檢驗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生，充分振蕩后最終注射器中約有30mL氣體產生，該氣體是二氧化碳與氫氧化鈉反應的生成物---碳酸鈉與稀鹽酸反應生成的二氧化碳，與之前吸取的二氧化碳相比體積減少，是因為生成的二氧化碳溶解在反應后溶液中的水里，因鹽酸過量、反應生成氯化鈉、反應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。實驗評價：該實驗創(chuàng)新概況為以下特點：裝置優(yōu)點多、現(xiàn)象更直觀、知識聯(lián)系廣、學生思考深。利用干冰升華制取二氧化碳操作簡單，隨時有大量二氧化碳供實驗使用。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、方便改變壓強展示更多實驗現(xiàn)象。能定量研究二氧化碳的溶解性、能證明增大壓強二氧化碳溶解的更多，減小壓強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、打開碳酸飲料有氣泡冒出建立聯(lián)系，達到理論聯(lián)系實際的效果。在對比二氧化碳與水、澄清石灰水、氫氧化鈉溶液混合的實驗現(xiàn)象能直觀的讓學生理解為什么用澄清石灰水檢驗二氧化碳、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發(fā)生了化學反應。教學中可以有意安排學生實驗過程使用放置一段時間的純凈水與現(xiàn)打開的純凈水；新配的氫氧化鈉溶液與久置部分