摘要：化学实验在教学中的地位举足轻重, 实验教学设计能有效激发学生学习化学的兴趣。在制取二氧化碳并验证其有关性质的实验时, 由于反应产生的二氧化碳气体速率较快, 储存在集气瓶中容易逸散, 课堂上老师们时常将二氧化碳的制取和性质验证实验联在一起完成, 为了既不浪费药品、又能充分从容的探究二氧化碳的性质, 笔者改进了二氧化碳的制取方法及一系列性质实验, 创设了利于学生思维能力培养的, 主体地位体现的教学设计。
关键词：制取及储存; 创新; 趣味性; 主体地位; 联合;
中学化学课程以培养学生的化学学科能力、提升学生的科学素养为主旨。化学实验作为化学学科特色之一, 在日常教学中的地位举足轻重。怎样提高课堂效率, 在课堂上成功做好化学实验以及最大化发挥实验的教育教学功能是化学教师必须探索的问题。
1 实验的价值及存在的问题
二氧化碳是初中化学阶段所要学习的一种极其重要的元素化合物, 二氧化碳的实验室制法及性质是初中现行课程标准中8个重要的基础实验之一。通过这一系列实验, 学生可以认识二氧化碳的主要物理性质和化学性质, 学习基本的实验技能, 了解二氧化碳对人类生活和生产的意义。
目前沪教版九年级化学上册教材中这部分知识是安排两课时, 第1课时学习二氧化碳的性质, 二氧化碳气体的制备安排在第2课时。人教版教材中是第1课时学习二氧化碳气体的制取, 第2课时学习二氧化碳的性质。两种教材均使用集气瓶来收集储存二氧化碳气体。实际教学中, 笔者发现, 教师在带领学生学习制取及验证二氧化碳的有关性质实验时, 由于反应产生的二氧化碳气体速率较快, 而且二氧化碳气体长时间储存在集气瓶中容易逸散, 会大大影响实验效果。课堂上, 老师们时常将二氧化碳的制取和性质实验联在一起快速完成, 然后再来讨论相关的问题, 这种方法一定程度上制约了学生实验探究的乐趣, 影响课堂教学效果。或者教师需要课前准备多瓶二氧化碳才能完成二氧化碳的性质实验, 费时且浪费药品。能否想办法既不浪费药品、又能给学生充分的探究时间, 完成二氧化碳这一系列相关实验呢?
笔者通过查阅网络资源平台发现, 对二氧化碳的性质实验改进比较多, 二氧化碳的实验室制法改进有些也很有创意, 但仍存在或多或少的不足。知识不应该是割裂开的, 实验如果有连贯性, 形成一组实验教学效果也会更好。基于这些考虑, 从利于知识的整体性、全面性角度出发, 笔者将这一系列实验再作改进和创新设计。
2 实验原理
制取二氧化碳:Ca CO3+2HCl=Ca Cl2+H2O+CO2↑
二氧化碳性质:密度比空气大, 一般情况下不可燃、不支持燃烧, 与水反应生成碳酸, 能使澄清的石灰水变浑浊。
3 实验设计方案
3.1 实验仪器、用品及药品
电子秤、锥形瓶、1000mL烧杯、玻璃片、气球、胶塞、导管、玻璃活塞、坩埚钳、试管、火柴、棉条、稀盐酸、石灰石、饱和碳酸氢钠溶液、氯化钙固体、蒸馏水、澄清的石灰水、蓝色石蕊试纸。
3.2 实验装置
3.2.1 实验装置见下图
3.2.2 实验装置介绍
(1) 在二氧化碳气体的制取装置的直导气管部位加装一个玻璃活塞, 上端安装一个彩色的气球, 用于收集、贮存制取的气体。气球中贮存的气体通过连接的玻璃活塞随时取用, 足够顺利完成二氧化碳的有关性质实验。
(2) 直角导气管连接一个干燥管, 干燥管的前端放入浸有饱和Na HCO3溶液的棉花团, 用于吸收除去挥发出来的氯化氢气体, 干燥管的圆球部分放入固体Ca Cl2, 用于吸附二氧化碳气体中混有的水分, 获得干燥纯净的二氧化碳, 以利于后续实验的顺利完成。
3.2.3 实验装置设计的创新点
(1) 用气球收集、贮存气体, 取用方便, 利于完成后续实验。
(2) 用干燥管除去HCl气体和水蒸气, 制得的二氧化碳气体更纯净。
4 教学设计方案
4.1 称量烧杯中二氧化碳的质量
教师活动
【实验】 (1) 取1000mL大烧杯和玻璃片, 放在电子秤上, 然后将读数清零。
(2) 用大烧杯收集二氧化碳, 并用燃着的火柴验满, 盖上玻璃片再放在电子秤上, 称量, 读出其质量。然后移开玻璃片, 让学生观察读数的变化。
学生活动
观察, 记录, 思考
【回答】烧杯内二氧化碳的质量为0.667g, 移开玻璃片, 电子秤读数不断减小。
【思考】电子秤读数为什么不断减小?
设计意图
用称量数据的方法定量的验证二氧化碳气体的密度大于空气, 有效提高学生的感性认识。通过电子秤示数不断变小, 学生直观感受到二氧化碳气体的扩散, 有助于学生“微粒观”的形成。
4.2 验证二氧化碳的密度大于空气
教师活动
【实验】把装有空气的两只相同大小的气球分别放入盛有二氧化碳气体和空气的两只烧杯中, 让学生观察现象。
学生活动
观察现象, 看到放入盛有二氧化碳气体的烧杯中的气球漂浮起来了。
设计意图
通过对比实验, 学生直观的感受到二氧化碳气体的密度大于空气, 增强了实验的趣味性。
4.3 二氧化碳气体和水反应
教师活动
【实验】在一只试管上分别缠绕一段湿润的和干燥的蓝色石蕊试纸, 然后放入盛有二氧化碳气体的烧杯中, 让学生观察现象。
学生活动
【回答】干燥的蓝色石蕊试纸没有变化, 湿润的蓝色石蕊试纸变红色, 说明二氧化碳气体和水反应生成了酸性物质。
设计意图
创新的使用干、湿蓝色石蕊试纸做对比实验, 通过不同的现象验证二氧化碳与水反应生成碳酸, 实验效果明显, 操作简单、直观。取出试管片刻, 可以看到变红的石蕊试纸重新变回蓝色, 验证碳酸不稳定, 易分解。连贯的实验设计优于教材上的处理, 易于学生对知识的理解。
4.4 二氧化碳的灭火实验
教师活动
【实验】用坩锅钳夹着燃烧着的棉条的一端, 慢慢放入盛有二氧化碳的烧杯中, 然后再慢慢提起, 最后把棉条全部放入烧杯中, 让学生观察现象。
学生活动
观察, 思考, 回答
【回答】火柱上的火焰由下向上慢慢熄灭, 提起后, 棉条由上到下慢慢复燃。二氧化碳具有不助燃、不可燃、密度大于空气的性质。
设计意图
通过棉条火焰的逐渐熄灭和逐渐复燃, 清晰演示二氧化碳能灭火的连续过程, 可以反复操作, 给学生充分观察和思考的时间, 加深学生对二氧化碳能灭火这一原理的理解。实验中有趣的现象可以唤起学生的求知欲, 让学生更好的融入课堂。
4.5 二氧化碳能和澄清的石灰水反应
教师活动
【实验】在装满二氧化碳气体的集气瓶中倒入少量澄清的石灰水, 振荡, 让学生观察现象。
【追问】如果捏起玻璃片, 会发生什么现象?
学生活动
观察, 思考, 讨论
【回答】澄清的石灰水变浑浊, 集气瓶可能会掉下来。
教师捏起玻璃片, 集气瓶没有掉下来。
学生讨论, 集气瓶为什么会吸在玻璃片上, 不掉下来?
设计意图
利用和学生预期不一样的现象引发学生主动的思考, 让学生直观感受到集气瓶内外压强的变化, 进而得出二氧化碳能和澄清的石灰水反应的性质, 激发学生学习化学的兴趣。
5 实验创新设计意义
(1) 通过化学实验设计的优化, 增添化学实验的趣味性, 激发学生主动思考, 加深学生对化学知识的理解。让学生在实验探究活动中领会创新精神, 有利于学生科学素养的培养。
(2) 实验教学的授课方式有利于学生体验化学世界的奥秘, 激发学生的学习兴趣, 充分发挥实验的教育功能, 使学生的学习转变为“主动求知式”, 体现了学生的主体地位。
6 几点说明
该实验装置 (如下图) 还可以完成氧气的相关实验:氧气的制取与储存、实现细铁丝在氧气中持续燃烧等。用于完成氢气的制取、储存及氢气的性质实验, 效果也很好。
参考文献
[1] 王祖浩﹒义务教育教科书:化学[M].上海:上海教育出版社, 2012.
[2]刘静静, 王应红, 曾颖, 等.钠与水反应实验创新探究教学设计[J].教育与教学研究, 2015 (10) :115-117.
[3]赵林强.二氧化碳的性质实验改进[J].教学仪器与实验, 2007 (11) :18.
[4]曾颖, 刘静静, 王应红.二氧化硫性质的实验创新及探究教学设计[J].教育与教学研究, 2015 (8) :115-117.
