實驗室制取二氧化碳3個問題的研究

實驗室制取二氧化碳3個問題的研究

“實驗室制取”是初中化學(xué)教學(xué)的重點，也是教學(xué)的難點、中考的熱點。適當拓展該節(jié)教材的內(nèi)容，有利于學(xué)生掌握知識、開闊視野，有利于培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和創(chuàng)新能力。一、制取為什么選用塊狀石灰石和稀鹽酸現(xiàn)行各種版本的初中化學(xué)教科書均是直接告訴學(xué)生：“實驗室制取常用石灰石（或大理石）和稀鹽酸?！绷硗?，許多教學(xué)參考資料上都指出：“不能用稀跟石灰石反應(yīng)制取。”筆者在教學(xué)中通過設(shè)計對比實驗，引導(dǎo)學(xué)生探究“實驗室制取的藥品”，這樣處理既深化了知識，又激發(fā)了學(xué)生的求知欲望，培養(yǎng)了學(xué)生的探究能力。1.設(shè)計對比實驗通過比較、分析“初中化學(xué)中能生成的化學(xué)反應(yīng)”，使學(xué)生明白：因為碳酸鹽與酸溶液的反應(yīng)在常溫下即可發(fā)生，且產(chǎn)生的便于收集，故實驗室常用此類反應(yīng)制?。鹶｝。那么，到底選擇哪種碳酸鹽、酸溶液呢？通過討論、點撥，使學(xué)生弄清選擇的標準是：原料易得；價格盡量低廉、反應(yīng)速率適中等。接下來，就不難設(shè)計出如圖1所示的對比實驗裝置了。根據(jù)各裝置內(nèi)的實驗現(xiàn)象，即可直觀顯示制取應(yīng)選用哪些藥品。圖1對比實驗裝置2.實驗操作(1)取100mL的錐形瓶4個，在a、b錐形瓶里分別倒入20mL體積分數(shù)為20%的稀鹽酸：在c、d錐形瓶里分別倒入20mL體積分數(shù)為20%的稀。(2)再取4個小氣球，在其中的2個小氣球中均裝入約20g的塊狀石灰石，然后把氣球分別套在a、c錐形瓶的瓶口上；在另外2個小氣球中，1個裝入約10g的（或）粉末，1個裝入約10g的粉末，然后將其分別套在b、d錐形瓶的瓶口上。(3)稍微傾斜錐形瓶，然后同時將各個氣球中的固體小心地倒入酸中（或分別傾倒各氣球中的固體，實驗現(xiàn)象通過錄像記錄），可以發(fā)現(xiàn)：b瓶口上的氣球很快脹大，a、d瓶口上的氣球緩慢脹大，c瓶口上的氣球很緩慢地脹了少許后就停止不脹了。3.實驗現(xiàn)象分析二、如何設(shè)計便于控制的發(fā)生裝置現(xiàn)行各種版本的初中化學(xué)教科書，給出的實驗室制取的裝置如圖2所示。這兩個裝置均難以控制反應(yīng)的進行，而該章（節(jié)）涉及的實驗較多，需要多次制取。那么，如何設(shè)計便于控制的發(fā)生裝置呢？圖2教材實驗裝置1.啟普發(fā)生器便于控制氣體發(fā)生首先，告訴學(xué)生：塊狀固體與液體在常溫下反應(yīng)制取難溶氣體時，若要反應(yīng)便于控制，發(fā)生裝置可選用啟普發(fā)生器。由于實驗室制取是塊狀固體和液體在常溫下反應(yīng)，并且難溶于鹽酸，所以的發(fā)生裝置也可使用啟普發(fā)生器或簡易啟普發(fā)生器。然后，引導(dǎo)學(xué)生弄清啟普發(fā)生器的原理：導(dǎo)氣管上活塞的開閉，能改變啟普發(fā)生器內(nèi)的氣壓，而氣壓的變化能夠引起“液體藥品運動”，使固、液藥品分離或接觸，從而使制氣反應(yīng)停止或發(fā)生。2.制取，的簡易啟普發(fā)生器啟普發(fā)生器作為貴重儀器，很多學(xué)校的實驗室配備數(shù)量有限，為此，教師可以引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計制取的簡易啟普發(fā)生器。設(shè)計簡易啟普發(fā)生器的關(guān)鍵是想方設(shè)法創(chuàng)造固、液藥品分離或接觸的條件，當然，不管是“液體藥品運動”，還是“固體藥品運動”，只要固液能夠分離、操作比較方便即可。筆者引導(dǎo)學(xué)生利用常規(guī)儀器和替代品，設(shè)計出多個制取的簡易啟普發(fā)生器（圖3）。a、b裝置是通過開閉彈簧夾（液動、固不動）來控制反應(yīng)進行的；c裝置是通過擠壓塑料瓶（液動、固不動）來控制反應(yīng)進行的；d裝置是通過上下移動粗銅絲（固動、液不動）來控制反應(yīng)進行的，它更適合于稀與粉末反應(yīng)制?。籩裝置是通過上下移動爛底試管（固動、液不動）來控制反應(yīng)進行的；f裝置是通過傾斜試管（液動、固不動）來控制反應(yīng)進行的。圖3制取的各種簡易啟普發(fā)生器裝置三、能否用排水法收集能用排水法收集的氣體，一般不用排空氣法收集，這是因為排水法收集的氣體純度高，而且可以觀察到氣體何時集滿。對于，因為它能溶于水，所以很多教科書和教學(xué)參考資料都指出：收集不能使用排水法，應(yīng)用向上排空氣法。真的不能用排水法收集嗎？筆者在教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生去探究這一問題，不僅開闊了學(xué)生的視野，還培養(yǎng)了學(xué)生不惟書、不惟上的批判精神。1.設(shè)計實驗裝置通常狀況下在水里的溶解度不大（約0.8），那它在水里溶解的速率大不大呢？利用圖4裝置可以直觀地顯示出在水里溶解的速率。圖4測在水中溶解速率的裝置2.實驗操作和現(xiàn)象(1)取1個規(guī)格為125mL（實際容積約150mL）的集氣瓶，用水量法將其容積分為10等份，并在瓶外做上刻度記號。將該集氣瓶集滿，然后倒立在盛有適量有色水的水槽里，觀察在水里的溶解速率。1天后水面能上升到1/3處，4天后水面能上升到1/2處，7天后水才充滿集氣瓶。這說明，通常情況下在水里溶解的速率很慢。(2)再取1個規(guī)格為125mL的集氣瓶，用排水法收集，大約1min就集滿了（因為導(dǎo)氣管口小、氣泡密度小于水，故在水中來不及溶解就很快上浮逸出水面了）。這說明，通常情況下集滿一瓶2所需的時間很短。3.實驗結(jié)論由于在水中溶解度不大、溶解的速率很慢，且集滿一瓶所需