以[乾冰]为主题的科学创意实验

1、以乾冰為主題的科學創意實驗一、教學目標：了解二氧化碳的物理和化學性質與用途1. 藉由有趣的乾冰實驗，引發學習興趣，並瞭解二氧化碳的性質與用途。2. 了解二氧化碳和人類生活的關係與應用。二、教材設計原理乾冰對國中學生來說，可能是比較不容易接觸的物質，但是另一方面，乾冰相關的概念跟我們的理化卻是息息相關，所以我們有必要讓學生對乾冰有更進一步的認知。在學生學完乾冰相關的概念之後，適時引入這個活動，將教材融入遊戲與實驗中，並使學生在遊戲實驗中對乾冰有更進一步的認識教材設計理念參考自Forgaty的課程統整的張網式、Beane的概念統整課程的設計模式與李坤崇、歐淑敏概念或學科的主題統整模式。這種模式即是

2、一種擴散性 的思考模式（如圖4）， 其設計模式如下： 三、教材設計的架構 首先以乾冰為主題，讓再思考理化與乾冰相關的概念。進而以遊戲及體驗的方式設計教學活動。經由討論後發展出幾個的教學活動。 1. 教學活動一是乾冰的外觀：包括觀察乾冰與冰的不同2. 教學活動二是二氧化碳的不助燃：觀察燭火與二氧化碳相遇時的反應 3. 教學活動三是乾冰的昇華：並了解昇華的現象及物質的三相變化，乾冰所產生的二氧化碳會使金屬產生震動。4. 教學活動四是二氧化碳水溶液：二氧化碳溶於水呈酸性5. 教學活動五是乾冰的氧化還原：鎂帶置入乾冰內燃燒將產生黑色的碳。 6. 教學活動六是乾冰與石灰水的反應7. 教學活動七:乾冰趣味

3、遊戲為了讓教學活動更吸引人，因此筆者依各個概念的名稱再另訂活動名稱， 四. 主題教學設計概念：因為我們此次活動的教學對象是國二升國三學生，他們已經上過國中理化一二冊二氧化碳、浮力、密度等相關概念，對於乾冰的相關概念及其與生活的應用已有初步的認知，但是可能不近完全，此時引入這個活動剛好可以讓他們對乾冰有更多的興趣與體會，此時建立好他們的觀念，對於將來教材的銜接與連貫有相當大的幫助。藉由一連串乾冰實驗鍛鍊學生學理與實驗現象之連結、分析觀察能力及思考判斷能力，並經由活動讓學生對於乾冰箱性質能夠更加熟悉，能將之前所學的觀念有更進一步的釐清及更深入的探討。五. 主題教學活動：乾冰與冰的觀察目的：觀察乾冰

4、與冰的不同，並了解昇華的現象及物質的三相變化。器材：乾冰、衛生紙、冰塊、手套。方法：（1）發給每人一塊乾冰及一塊冰塊及數張衛生紙。（2）將乾冰、冰塊分別放在衛生紙上。（3）數分鐘後放冰塊的衛生紙溼了，放乾冰的衛生紙依然是乾的。【概念導引】（1）乾冰是冰嗎？乾冰是什麼？為什麼叫做乾冰？參考答案：冰中文的定義應該是固態的水，注意呦含有水的成分。乾冰呢？卻完全不含有水的成分，它不是水凝結而成的，而是固態的二氧化碳，是無色、無味的氣體二氧化碳凝結而成的。（2）固體的乾冰不會經過溶化為液體的階段，只會直接蒸發為氣體的二氧化碳，這種由固體直接變成氣體，不經過液體狀態的現象，叫做昇華。（3）比較乾冰的昇華現

5、象與冰塊融化時濕淋淋的感覺，同學可輕易了解為何固態的二氧化碳稱為乾冰。乾冰與冰1. 觀察：(1) 兩張衛生紙的不同？(2) 濕濕的是因為冰成了，那乾冰變成，這種現象稱為。(3) 乾冰周遭產生白煙，（加水更明顯）這是什麼？（可以再帶入各種白煙是什麼狀態的概念）(4) 把臉靠近乾冰感覺，這是什麼現象？尖叫的金屬片目的：了解熱的傳導現象及振動產生聲音。器材：乾冰、冰塊、金屬製品（如：湯匙、硬幣、鐵尺等）、手套。方法：聽看看乾冰與冰和金屬製品接觸的話，會有聲音嗎？【概念導引】將乾冰和金屬製品接觸的話會有"滋滋"的聲音。請問一下這是什麼原理呢？尖叫連連1. 產生聲音的條件? 2. 放

6、在乾冰上的金屬為何會發出尖銳的聲音? 3. 用手觸摸金屬感覺涼涼的,這是熱的 現象。乾冰瀑布目的：觀察乾冰遇水急速汽化的現象、了解雲霧的形成原理器材：乾冰、茶壺等容器、冷熱水。方法：（1）選用具有夾縫設計的容器，夾縫開口朝向學生。（2）將乾冰（片狀或塊狀皆可）放入盆子內， 詢問學生觀察到的現象。【概念導引】（1）觀察到的白色煙霧是什麼？參考答案：乾冰遇水迅速吸熱而昇華為氣態的二氧化碳，過程中由於吸收許多熱，使得二氧化碳氣體周圍的水氣冷凝成小水滴，而產生白色的煙霧；而二氧化碳是無色氣體。（2）為何白色煙霧會向下流形成瀑布狀？盆內為何會騰雲駕霧，大部分的煙霧不會飄起來？ 參考答案：二氧化碳分子量4

7、4 g/mole，比空氣平均分子量28.8g/mole重，加上溫度較低，所以飛不起來。（3）為什麼乾冰一放入水中就有劇烈沸騰的現象？參考答案：乾冰與水接觸時，因為吸收熱量，迅速昇華為二氧化碳氣體，造成視覺上的沸騰現象無形的水目的：了解二氧化碳比空氣重及應用二氧化碳滅火。器材：乾冰、容器、蠟燭、打火機、手套。方法：（1）容器內裝入乾冰 （2）將容器中的二氧化碳倒上點燃的蠟燭，燭火就熄滅，顯示產生的氣體二氧化碳不具有助燃性。【概念導引】為何無形的水可以用來滅火?以點燃的蠟燭接近白色煙霧，燭火就熄滅，顯示產生的氣體二氧化碳不具有助燃性。滅火器即利用產生的二氧化碳來滅火。煮沸的牛奶目的：了解二氧化碳的

8、檢驗方法。器材：乾冰、水、杯子、澄清石灰水、手套。方法：將一顆小乾冰丟入準備好的澄清石灰水倒入即可。【概念導引】澄清石灰水溶液與水中的二氧化碳接觸，產生白色混濁的碳酸鈣。CO2 + Ca(OH)2 è CaCO3 + H2O乾冰氣球炸彈目的：了解發生相變後，氣體體積遠大於固體體積。器材：小塊乾冰數個、水、寶特瓶數個、氣球數個、手套。方法：（1）準備數個寶特瓶，並在瓶內各裝約2/3滿的水。（2）準備好可以塞入寶特瓶口大小之乾冰塊數小塊。（3）將乾冰放入保特瓶中，並將氣球套在寶特瓶口，稍以手扶著瓶子固 定氣球，觀察氣球膨脹注意：提醒同學勿將寶特瓶蓋蓋上，否則由於氣體體積迅速膨脹，將脹破寶

9、特瓶! 【概念導引】由這個遊戲，可以讓學生體驗物質在固體與氣體體積上明顯的差異。乾冰孵蛋蛋目的：利用乾冰急速汽化的二氧化碳來吹泡泡，以產生特殊的效果，並具體體驗乾冰昇華之速度。器材：乾冰、水、造型杯子、圓形盆、洗碗精、手套。方法：（1）將乾冰放入各種特殊造型的杯子或盆子中。 （2）於容器內放入少許的洗碗精。（4）不同容器將產生不同的特殊效果，如：瘦深形狀的杯子，跑出一條白蛇！圓形的盆子裡，不斷的孵出許多蛋蛋！【概念導引】由於乾冰放在水中，氣體受到壓力自然形成氣泡，這些氣泡若遇到洗碗精時，就像吹泡泡一樣，由於洗碗精的表面張力大，足以將二氧化碳氣體限制在泡泡中。又因為二氧化碳比空氣重，不會飄揚起來

10、，一個個氣泡又迅速生成，加上氣泡間彼此的吸附效果，就像一顆顆小蛋蛋接踵生出！無重力狀態目的：利用二氧化碳密度比空氣大的原理，來撐住泡泡，以產生特殊的效果器材：乾冰、水、盆子、泡泡槍、手套。方法：（1）將部分乾冰放入水槽中。 （2）在盆子上吹出泡泡（3）觀察泡泡漂浮情形【概念導引】為何泡泡會浮在水槽上?無重力狀態1. 吹出來的泡泡中所含的氣體大部分是 2. 物體要浮，必須考慮。3. 泡泡要浮在空中必須密度要空氣！4. 為什麼泡泡會浮在乾冰上呢？火與冰目的：利用鎂的活性比碳大，而使的鎂帶能夠在低溫的乾冰中燃燒，發生氧化還原現象器材：乾冰、鎂帶、鎂粉、電鑽、手套。方法：（1）將部分乾冰鑽洞，以便放入

11、鎂粉。 （2）將鎂帶插入鎂粉（3）點燃鎂帶並將乾冰蓋上【概念導引】燃燒需要氧，所以蠟燭可在空氣中燃燒，而正在燃燒的蠟燭遇到二氧化碳就會熄滅，可是在實驗中鎂粉可在密閉的乾冰中繼續燃燒，氧氣從哪裡來呢？冰與火1. 燃燒除了可燃物，達燃點，還要2. 鎂帶要放在酒精燈火焰的哪一部位燃燒時，速度較快？為什麼？3. 鎂帶與鎂粉哪一個反應較快？為什麼？4. 乾冰蓋住時，鎂粉還繼續燃燒，氧氣從哪裡來？5. 雖然二氧化碳，但鎂的活性比碳，所以會進行反應，燃燒結束會產生黑色的。（ps：建議先做無形的水的實驗，讓學生了解二氧化碳不助燃，會滅火！）乾冰的變色實驗目的：利用二氧化碳溶於水形成酸性溶液，配合多樣的酸鹼指示劑製造出多變的顏色器材：乾冰、酸鹼指示劑、燒杯、手套。方法：（1）將酸鹼指示劑滴入容器並且加水 （2）將乾冰放入燒杯中加水【概念導引】1.二氧化碳溶於水形成酸性溶液2.將半顆乾冰加入紫高麗菜汁中，結果高麗菜汁會變成色？會不會冒出煙霧？ 3.將半顆乾冰加入藍色指示劑中，結果藍色指示會變成色？4.在透明的酚酞水溶液(500CC)中放入一粒的氫氧化鈉，攪拌一下，結果水溶液會變成什麼色？ 色，將變色的水溶液放入一小粒的乾冰，結果水溶液會