二氧化碳性质的实验创新设计 教学设计

2022年安徽省初高中化学优质课评选活动2022年安徽省初高中化学优质课评选活动人教版化学九年级上册《二氧化碳的性质》实验创新宿州市第二初级中学赵永辉人教版化学九年级上册《二氧化碳的性质》实验创新宿州市第二初级中学赵永辉二氧化碳的性质实验创新一、功能与价值二氧化碳是九年级化学要学习的非常重要的物质之一，其性质是比较全面的通过实验探究验证的。教材通过【实验6-3】【实验6-4】和【实验6-5】，分别验证了二氧化碳密度比空气大，不支持燃烧，不能燃烧，能溶于水，能与水发生化学反应等性质，然后联系学生已有的知识，介绍了二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的原因。通过实验操作、记录现象、分析原因、最后将事实与预测进行比较并得出结论。对二氧化碳的性质得到较全面的验证，培养了学生观察、描述、分析、归纳总结实验现象的能力，发展了学生科学探究与证据推理等核心素养。二、原理与拓展1、教师常将该实验现象总结为：①烧杯中下面蜡烛先熄灭，上面蜡烛后熄灭；②矿泉水瓶变瘪；③喷白醋纸花变红，只接触到水或二氧化碳的纸花都不变红，喷湿后的纸花放入二氧化碳中变红，烘干后又变成紫色；对应的解释分别为：①二氧化碳的密度比空气大，二氧化碳不支持燃烧且不能燃烧；②二氧化碳能溶于水；③醋酸能使石蕊变红，水、二氧化碳都不能使石蕊变红，二氧化碳和水反应生成碳酸，碳酸不稳定易分解。2、课本中几个实验的某些现象还是略显抽象的，不够具体与生活联系的不是特别密切。部分实验若能采取定量研究的方法既能使实验的效果更好，且能让学生接触定量研究的方法，拓展学生实验设计能力。二氧化碳的性质之一：能使澄清石灰水（氢氧化钙溶液）变浑浊，若能拓展联系到与氢氧化钠溶液的反应，并通过实验验证，学生对于二氧化碳性质的学习会更深入且能拓宽学生的实验设计思路。作为二氧化碳的固体状态---干冰，在本节的实验中没有涉及，使得学生对二氧化碳的认识不够全面。如果能利用干冰完成相关实验会使得本节课更具趣味性，而且利用干冰制取的二氧化碳更纯净使得实验的效果更好。三、实验改进方案综述教材中的实验能较好的证明二氧化碳的性质。但，因要做多组实验，所以二氧化碳的用量较多，要提前在实验室制备较多的二氧化碳，比较耗时；倾倒二氧化碳的实验需要注意操作细节，操作不当很容易导致实验失败；用石灰石和稀盐酸制取的二氧化碳往往可能混有氯化氢气体，对实验结果有一定的影响。因此有不少老师对实验进行了改进，改进方案主要可分为四类：第一类是类似于一体化实验，将多组实验放到同一个装置中同时验证二氧化碳的多条性质。第二类是利用可控反应发生和停止的装置，便于随时制备二氧化碳用于实验。第三类是利用干冰升华、白醋和小苏打等药品制取二氧化碳。第四类是改进证明二氧化碳性质的实验方式。二氧化碳性质的改进实验分类第一类第二类第三类第四类四、实验创新1、用可密封的大注射器定量研究二氧化碳的水溶性，用力压缩注射器活塞并充分振荡验证压强增大二氧化碳在水中溶解的更多。2、用可密封的大注射器验证二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊，且过量二氧化碳能使浑浊的澄清石灰水再变澄清。3、用可密封的大注射器验证大量二氧化碳和少量氢氧化钠溶液的反应，学生理解通常可利用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳；并在反应后的溶液中吸入过量稀盐酸后，注射器中有大量气体生成。4、将第3步注射器中生成气体通入澄清石灰水验证生成气体是二氧化碳，从而证明二氧化碳和氢氧化钠确实发生了化学反应生成。实验仪器：带橡皮塞和导管的矿泉水瓶、烧杯、带开关的大注射器、试管等。 药品：干冰、纯净水、澄清石灰水（饱和）、氢氧化钠溶液（约10%）、稀盐酸（约20%）。1、实验步骤：（1）用60mL的注射器吸取20mL水，然后快速吸取20mL二氧化碳关闭开关用力充分振荡观察实验现象。用力压注射器并充分振荡，观察注射器中二氧化碳剩余的量，并观察不再压缩时剩余二氧化碳的量及注射器活塞上有何现象。（2）用60mL的注射器吸取20mL澄清石灰水，然后快速吸取20mL二氧化碳关闭开关观察现象、轻轻振荡观察现象、充分振荡后观察现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浓度约为10%的氢氧化钠溶液，然后快速吸取40mL二氧化碳关闭开关观察现象、观察充分振荡后二氧化碳剩余的量；用此注射器快速吸取10mL浓度约为20%的稀盐酸，然后关闭开关用力充分振荡，观察注射器中的现象并观察最终生成气体的体积；（4）将步骤3中注射器中生成的气体通入盛有澄清石灰水的试管，观察实验现象。2、实验现象及解释：步骤（1）：①注射器中二氧化碳减少，约剩余5mL。因为二氧化碳溶于水，通常1体积水中能溶解1体积二氧化碳，但因为二氧化碳的纯度、溶解的时间、温度、气压等原因二氧化碳未完全溶解在水中；②用力压缩注射器并充分振荡，观察到剩余的气体更少了，证明加压情况下二氧化碳溶解的更多了，联系实际，生产碳酸饮料就是利用了二氧化碳的这一性质。不再加压时注射器中剩余气体略增加，注射器活塞上出现较多气泡是因为压强减小后二氧化碳溶解度减小，释放部分二氧化碳及部分碳酸分解产生二氧化碳。步骤（2）：①石灰水变浑浊、轻轻振荡后更加浑浊。②充分振荡后浑浊的溶液慢慢变澄清，二氧化碳有微量剩余。澄清石灰水变浑浊是因为二氧化碳和澄清石灰水反应生成了碳酸钙的沉淀，完全浑浊后二氧化碳剩余约15mL，剩余的二氧化碳与水、碳酸钙在充分振荡后反应生成溶于水的碳酸氢钙，所以浑浊的溶液又慢慢变澄清且二氧化碳有微量剩余，由此可见澄清石灰水能反应的二氧化碳的量是有限的。步骤（3）：①注射器中气体慢慢减少，注射器活塞慢慢向内移动、充分振荡后二氧化碳无剩余；浓度适中氢氧化钠溶液能和大量的二氧化碳反应，所以40mL二氧化碳被10mL氢氧化钠溶液完全反应。由此可知检验二氧化碳用澄清石灰水、吸收二氧化碳用氢氧化钠溶液。②吸入盐酸后注射器中有大量气泡产生，充分振荡后最终注射器中约有30mL气体产生，该气体是二氧化碳与氢氧化钠反应的生成物---碳酸钠与稀盐酸反应生成的二氧化碳，与之前吸取的二氧化碳相比体积减少，是因为生成的二氧化碳溶解在反应后溶液中的水里，因盐酸过量、反应生成氯化钠、反应放热水温升更高等原因二氧化碳在水中的溶解度减小，所以比在20mL水中溶解的量明显减少。步骤（4）：澄清石灰水变浑浊，证明注射器中生成的气体是二氧化碳，从而证明了二氧化碳和氢氧化钠发生了反应。实验评价：该实验创新概况为以下特点：装置优点多、现象更直观、知识联系广、学生思考深。利用干冰升华制取二氧化碳操作简单，随时有大量二氧化碳供实验使用。注射器有刻度方便定量取药品、能密封、便于观察气体体积的增减、方便改变压强展示更多实验现象。能定量研究二氧化碳的溶解性、能证明增大压强二氧化碳溶解的更多，减小压强二氧化碳溶解减少与第九章气体的溶解度建立联系且能与碳酸饮料的生产、打开碳酸饮料有气泡冒出建立联系，达到理论联系实际的效果。在对比二氧化碳与水、澄清石灰水、氢氧化钠溶液混合的实验现象能直观的让学生理解为什么用澄清石灰水检验二氧化碳、用氢氧化钠溶液吸收二氧化碳。能更直观的证明二氧化碳和氢氧化钠确实发生了化学反应。教学中可以有意安排学生实验过程使用放置一段时间的纯净水与现打开的纯净水；新配的氢氧化钠溶液与久置部分