前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的二氧化碳气体的性质主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
二、重、难、疑点及解决办法:
重点:实验室制取二氧化碳的反应原理、实验设置和制取方法;难点:从实验室制取气体的设计思路出发,学氧化碳的实验室制取方法;疑点:实验室制取二氧化碳。为什么不能用稀硫酸?解决方法:
(1)采取讨论的形式,从学生学过的氧气的实验室制法,归纳和总结出气体实验室制法的设计思路和方法。(2)通过演示和补充实验,组织学生分析讨论二氧化碳的实验室制取方法。使学生掌握实验室制取二氧化碳的原理,提高学生分析和解决实际问题的能力。
三、教学步骤:
(一)明确目标:联系实验室制取氧气,学会实验室制取气体的一般方法;掌握实验室制取二氧化碳的反应原理、实验装置、使用的药品、仪器名称和收集方法。
(二)整体感知:本节主要采用讨论的形式,使学生掌握二氧化碳的实验室制法。
(三)教学过程
[复习提问]:(1)CO2有哪些物理性质和化学性质?(2)实验室制取O2的反应原理是什么?
[小结]:实验室制取氧气的原理是利用高锰酸钾或氯酸钾(用二氧化锰作催化剂),在加热条件下得到氧气。
[教师活动]:投影出制取O2的几套装置图,通过讨论得出这些装置图的适用范围:(1)当用固体反应,需要加热产生气体时。可采用用高锰酸钾制取氧气的装置;(2)当用固体和液体反应,不需要条件时,可采用用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的装置,
[提问]:(1)在实验室如何收集O2,根据它们什么性质?(2)如何检验O2?
[学生活动],通过讨论得出以下结论:(1)根据气体的物理性质(密度和溶解性)决定采用什么方法收集;(2)利用物质的特性来检验物质。
[总结板书]:实验室制取气体的思路和方法是:
1. 首先了解在实验室的条件下。用什么药品,通过什么化学反应制取这种气体。
2,根据反应物的状态、反应条件和生成气体的物理性质,来设计实验装置,决定采用什么方法收集。
3,需要通过什么实验来验证制得的气体就是所要制的气体。
[讲解]:根据以上思路,我们来学氧化碳的实验室制法。
[板书]:一,实验室制取二氧化碳的化学反应原理
[学生活动]:阅读教材第111页。
[板书]:1,药品:大理石(石灰石)和稀盐酸
2,化学方程式:CaCO3+2HCI=CaCl2+H2O+CO2
[学生活动]:讨论实验室制取C2时,能否将稀HCI换成稀H2SO4?能否将CaCo3换成Na2Co3?
[演示实验]:向装有大理石的试管中加入稀HCI,另一支也装有大理石的试管中加入稀H2SO4。让学生观察实验现象。
[讲解]:大理石跟稀H2SO4反应一段时间就停止放出气体,是由于CaCO3和HzSO4反应生成的CaSO4微溶于水,覆盖在大理石表面,阻止大理石和H2SO4接触,反应就停止了,所以不能用稀H2SO4代替稀HCI。
[演示试验]:取两支试管,一支装有大理石,另一支装有碳酸钠,都加入盐酸。
[学生活动]:观察两支试管中产生气体的程度,思考碳酸钠和盐酸反应生成的二氧化碳是否容易收集。
[目的意图]:通过上面的演示试验,使学生理解掌握实验室制取二氧化碳所用药品和依据的反应原理。
[提问]:根据实验室制取二氧化碳的反应原理,确定制取二氧化碳可采用什么装置?
[板书]:二,实验室制取二氧化碳的装置
1,设置:同用过氧化氢和二氧化锰取氧气的装置相似。
[讲解]:采用与过氧化氢和二氧化锰制取相同的装置,指出反应的容器可以是锥形瓶、平底烧瓶、广口瓶、大试管、启普发生器等,并强调装置的正确性和原因。
[提问]:根据C(b的物理性质,采用什么方法来收集CO2呢?
[板书],2,收集方法:采用向上排空气法,不能用排水法。
[实验]:实验室制取二氧化碳。
[提问],(1)如何检验生成的气体是二氧化碳?(2)如何证明集气瓶中充满了二氧化碳?
[总结板书],三二氧化碳的检验方法
1,检验方法:将生成的气体通人澄清的石灰水中,如果石灰水变浑浊,则证明该气体为CO2。
2,验满方法:将燃着木条放在集气瓶口,如木条熄灭,证明瓶内充满CO2。
[实验],再次演示实验室制取CO2。
[目的意图]:提高学生的安全意识。
[板书]:四,三种常见的灭火器
(四)总结、扩展:比较氧气和二氧化碳的实验室制法。
四、布置作业
1,列表比较O2、CO2的实验室制法。
2,教材第112页习题1、5。
[教学反思]
关键词:基础学生实验课;讲授式演示实验课; 教学目标; 教学过程; 课堂检测; 对比; 思考
文章编号:1008-0546(2013)06-0032-03 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
一、教学背景
教育部制定的义务教育《化学课程标准》(2011年版)在课程内容中第一次将“完成基础的学生实验”以二级主题的形式明确列出。上海教育出版社最新修订的2012年义务教育教科书中也将《化学课程标准》中提出的八个“基础学生实验”明确写进教科书。这对规范和引导初中化学教学,提升教师对课程标准的执行能力,具有更强的现实指导性。如何精心设计和组织化学实验探究活动,处理好“基础学生实验”和课堂演示实验的关系是摆在广大初三化学教师面前的“新课题”。
2012年10月9日苏州市教育科学研究院在高新区浒墅关中学举办了一次“区域联动”教研活动,分别以沪教版第2章第2节“奇妙的二氧化碳”中有关“二氧化碳的制备和利用”单元和以“基础实验2二氧化碳的制取与性质”为题,开设不同课型的公开观摩课。前者是以讲授式为主的课堂演示实验探究课,由区中心某初中校教师执教;后者是基于新修订的教材开设的“基础学生实验”探究课,由区偏远某初中校教师执教。
二、教学目标对比
笔者关注他们围绕教学目标的实施过程后发现:由于第一位教师比较注重知识与技能目标的落实,他采用的是演示实验的方法,教师操作、学生观察,学生没有动手实验。而第二位教师在“基础学生实验”课上,让学生动手、小组合作交流,学生体验了实验成功的喜悦以及某些实验操作失败的困惑。
三、教学过程对比
1. 讲授式课型
[教学环节1]新课导入:“它是空气家族的成员;它是清液变浑的主谋;它是石蕊变色的推手”,它是谁?
[教学环节2]思路引导:实验室制取气体的研究思路。
(1)提问:我们曾研究过实验室制取氧气的方法,大家结合所学知识,谈一谈实验室制取气体应该考虑哪些主要内容呢? 学生讨论,回答。
(2)教师总结
[教学环节3]探究活动1:实验室制备二氧化碳的反应原理。
(1)对比探究:碳酸钙粉末、块状石灰石分别与稀盐酸、稀硫酸产生气泡速率快慢。
教学方法:教师演示实验,引导学生观察并进行对比分析。
(2)揭示原理:说明固体反应物形态和不同酸液对同样固体反应的影响。
[教学环节4]探究活动2:实验室制取二氧化碳的装置。
(1)实验室制备氧气的发生装置回顾,揭示气体发生装置所需仪器的因素。
(2)在制备二氧化碳的发生装置中,对比使用长颈漏斗和分液漏斗的操作区别。
[教学环节5]探究活动3:二氧化碳气体的检验和验满,通过对比操作和现象的不同,理清两者的区别。
教学方法:教师演示实验,将二氧化碳通入澄清石灰水中;用点燃的木条移近盛放二氧化碳气体的集气瓶口。
[教学环节6]探究活动4:实验室制取二氧化碳气体。
(1)讨论:实验室制取二氧化碳气体的主要步骤。
(2)教师演示实验:用向上排空气法和排水法各收集一瓶二氧化碳气体。
(3)师生分析实验结论:排水法比排空气法收集二氧化碳快,且前者无需验满。
[教学环节7]教师演示实验:二氧化碳的性质,引导学生观察现象。
(1)将二氧化碳通入滴有石蕊试液的蒸馏水中,并再加热至沸。
(2)将盛放二氧化碳气体的集气瓶倾斜,缓缓倒入阶梯式燃着的2支蜡烛的烧杯中。
[教学环节8]二氧化碳的用途。
结语:“它能扑灭熊熊烈火;它能制造碳酸饮料;它能升天化云为雨。它又是谁?”
某教授级高级教师点评:本节课在设计上做到了三个突显:教学过程的流畅性、教学理念的先进性、课堂首尾的呼应性。教学思路清晰,内在连接紧密,过渡自然,讲究认识问题的过程性,彰显了对比探究的学科思想。三个建议:要处理好课堂预设和生成的关系、处理好演示实验和学生实验的关系、加强教学基本功的训练。问题的预设要精准、课堂生成的捕捉要敏锐,演示实验中也要注意学生的适度参与,教师演示实验操作的规范。
2. 基础学生实验课型
[教学环节1]课前预习学案
比较实验室制取氧气和二氧化碳的异同点。
[教学环节2]基础学生实验
教学方法:教师课前将学生分成四个大组,两个组采用排水集气法,另两个组用向上排空气法。课上,教师将实验分为三个阶段(每一阶段由教师先讲解操作要领,学生再动手操作,避免盲目实验):
第一阶段
教师指导:连接仪器、检查装置的气密性、量取和添加药品三个实验基本操作的注意事项。学生完成操作步骤①连接仪器、②检查装置的气密性和③加药品。
第二阶段
教师指导:排水法收集和向上排空气法收集气体以及验满的操作要领;请每一组学生向长颈漏斗中加入盐酸的一刹那,即按下秒表记录排水法或排空气法收集第一瓶二氧化碳的时间,然后再收集满第二瓶二氧化碳。强调排水法收集的同学收集满两瓶二氧化碳后要把弯管换成直玻璃管,紧接着立即进行二氧化碳的性质实验。学生完成操作步骤④收集、⑤二氧化碳的检验和⑥二氧化碳气体与紫色石蕊试液的性质实验。
第三阶段
教师指导:排水法第1组和向上排空气法第1组的同学用收集到的第一瓶二氧化碳分别倾入“燃着的2支阶梯蜡烛”烧杯内。排水法第2组和向上排空气法第2组的同学用收集到的第二瓶二氧化碳做“蜡烛熄灭”实验。学生完成操作步骤⑦将指定的一瓶二氧化碳气体慢慢倒入放有2支燃着的阶梯蜡烛的烧杯里。
[教学环节3]交流讨论
(1)学生代表报出收集满第一瓶二氧化碳所需时间,教师填写黑板上事先拟好的表格。
师生讨论:两种方法造成时差的原因。
(2)学生汇报“烛火熄灭”实验的结果:所有第一瓶排空气法收集到的气体都不能使“烛火熄灭”,第二瓶气体使“蜡烛熄灭”的有4组。
师生讨论:排水法收集的两瓶二氧化碳使燃着蜡烛熄灭的成功率有无差别?造成这一差别的原因可能是什么?用排水法和向上排空气法收集二氧化碳各有什么优点?
(3)学生汇报步骤⑤和⑥中的实验现象,并对可能出现的异常现象(澄清石灰水先变浑浊后变澄清;紫色石蕊实验一滴加进试管就变红;或石蕊加热后不变色等)讨论解释。
[教学环节4]教师演示实验
分别随机抽取学生操作台上用排水法和向上排空气法即连续第二次收集满二氧化碳气体的集气瓶,将其同时倒扣在盛放滴有酚酞试液的稀氢氧化钠溶液的水槽里,以比较两种方法收集到的气体的浓度。现象是:在相同时间里,排水法集气瓶里液面几乎接近瓶底,而排空气法集气瓶里的液面仅上升集气瓶高度的一半。
师生总结:用排水法和用向上排空气法均可收集二氧化碳;而且收集相同体积的二氧化碳排水法比排空气法速度快,且前者收集到的二氧化碳气体浓度大。用排水法收集时注意待冒出大量气泡且均匀时再收集(以排开装置中的空气),用排空气法收集时注意验满。
某江苏省特级教师点评:以学生实验为主的《基础学生实验》是教材的新编内容,上好这节课富有挑战性。在这节课上,教师根据学情大胆创新,将以往“放羊式”学生分组实验改为教师指导下的有序进行。教师精心设计了多层次的探究活动,有效组织和实施了科学探究活动。将实验步骤分解为准备阶段、气体制备和收集阶段、性质实验阶段、对比探究阶段,通过对比两种气体收集方法的可行性、速率及浓度,激活了学生的思维,整节课学生的探究热情一次次被激发。实验步骤分解落实使课堂的操控性把握较好,在学生实验中穿插教师的演示实验,教学形式更加丰富。这节课对“基础学生实验”课型的实施起到了很好的示范作用。虽然学校地处偏远但通过教师的钻研及创新让我们感受了“二氧化碳的奇妙”,令人惊喜。不足之处,教师没有注意及时矫正学生操作中出现的偏差,对学生基本实验操作技能的训练强调不够。
四、课后检测对比
依常理推测,精彩的课堂应该是高效的,但是,从学生课堂检测情况来看并非如此。
笔者命制了课后检测试题,测试围绕课堂实验内容,包括了原理、步骤和方法等,难度中等。新区边远校学生学力相对薄弱,两个试教班级学生学力属于该校相对较强的班级。从观摩课学生表现来看确实都比较好,师生关系融洽。但从本次检测的均分来看,两个班级均分都没有及格;且“讲授式课型”班级均分反而高于“基础实验课型”班级的均分。
反思后笔者认为原因有二:
一是学生基础学力较弱。从“书写实验室制备CO2的符号表达式”项目,就可以看出,“讲授式课型”结束能准确书写的学生少于在上周就学习过该实验原理的“基础实验课型”班级。因此对于学力较弱的学生,提高书写符号类正确率要靠多次反复默写、纠错等矫正手段。
二是评价方式单一。目前更多的是采用纸笔测试的方式,较难全面评价 “三维”教学目标的达成度。尽管中考设置有实验操作考查环节,但其评价仅仅是“合格”与“不合格”(其实没有人不合格),又不计入中考总分,所以有些学校对平时的实验教学重视程度仍然不够。这也许是目前我国中学化学教学普遍对实验“学生做”不如“教师做”,“教师做”不如“教师讲题目”的原因之一。
尽管课堂检测不够理想,但课后与同学及教师交流发现,学校在这学期加强实验教学后学生学习兴趣明显提高,学习化学畏难情绪减轻,课下同学交流讨论和咨询教师、独立完成课后作业的人数增加了,教师教学的积极性也大大增强。
五、结语
由于评价方式的单一,化学实验教学的作用在较短时间内似乎难以显现。尽管开展实验教学的困难重重,如在设计、准备和实施实验的过程中要花费教师们大量的时间和精力,但化学实验教学的“隐性”价值不容忽视。因为“化学课程中的实验探究,是学生积极主动地获取化学知识,认识和解决化学问题的重要实践活动”,所以《义务教育化学课程标准(2011版)》新规定的“基础学生实验”对初中实验探究活动地深入开展具有不可限量的作用!
参考文献
[1] 王祖浩主编. 义务教育教科书:化学(九年级上册)[M]. 上海:上海教育出版社,2012
[2] 中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准(2011年版)[S]. 北京:北京师范大学出版社,2011
关键词:化学实验;问题引领;二氧化碳制备;教学重构;拓展创新
文章编号:1008-0546(2017)05-0055-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.017
二氧化碳是初中化学学习的重要气体之一,对于二氧化碳实验室制取的教学,部分教师往往是给出现成的实验药品、实验仪器、实验原理、实验装置及实验步骤,指导学生利用给出的实验用品、结合实验步骤,按部就班进行实验,得出结论,就完事大吉了。这种做法淡化了过程与方法目标落实,禁锢了学生的思维、学生始终被动接受知识。针对这一教学现状,我们做了认真分析和深刻思考,重新审视了“过程与方法”目标在初中化学实验教学中的落实,一改上述教学模式,重视活动设计,重构教学过程,变被动接受为主动参与,使知识的形成水到渠成、顺理成章。
一、问题引路,明晰原理
学氧化碳气体的实验室制备时,教师并没有将制备二氧化碳的原理直接陈述给学生,让学生机械记忆。而是通过设计问题、对比分析、实验探究等方式,引领学生思考,获得二氧化碳的制备原理,经历知识的学习过程,弄清知识的来龙去脉,水到渠成。
教师设问:到目前为止,你所了解的产生二氧化碳气体的方法有哪些?
学生回顾已学知识,书写相关反应的化学方程式:(1)木炭燃烧(C+O2CO2);(2)化石燃料的燃烧(如甲烷燃烧:CH4+2O2CO2+2H2O);(3)一氧化碳燃烧(2CO+O22CO2);(4)碳酸钙高温分解(CaCO3CaO+CO2);(5)木炭还原氧化铜(C+2CuO2Cu+CO2);(6)一氧化碳还原金属氧化物(如一氧化碳还原氧化铁(Fe2O3+ 3CO2Fe+3CO2)。
针对学生提出的方案教师再次进行引导:在实验室制备气体时,要求原理科学、装置简单、操作简便、药品价格低廉、经济环保、气体便于收集、制得的气体纯度高。上述方案可行吗?请同学们思考、讨论、评价。
学生交流:方案(1)、(2)、(3)气体不纯、不易收集;方案(4)、(5)、(6)因为反应的温度太高、条件高、设备要求高、操作不简便,产物难以收集。
得出结论:上述方案不适合在实验室制取二氧化碳。
教师给出信息:石灰石的主要成分是碳酸钙
(CaCO3),查阅资料得知:含有碳酸根(CO32-)的物质(如碳酸钙、碳酸钠等)跟盐酸反应一般都有二氧化碳生成。
学生实验探究:用碳酸钠粉末、粒状大理石、稀盐酸、稀硫酸进行如下实验:
学生观察实验现象并思考:A剧烈反应,迅速放出大量气泡反应速率过快,气体不便收集,B虽然产生气泡,速率迅速p慢,反应几乎停止,无法持续产生CO2,C产生气泡,反应速率适中,并能持续得到二氧化碳,由此确定:在实验室中可选用石灰石跟稀盐酸反应制取二氧化碳,并写出该反应的化学方程式:CaCO3+2HCl CaCl2+ H2O+ CO2。学生经历探究过程得出结论,自己解决了一些实际问题,从中获得一些新知识而得到满足感和成就感。
二、对比原理,确定装置
实验室制备气体,发生装置是由反应物的状态及反应条件所决定的。在学氧化碳的制备之前,学生已经学习了氧气的实验室制法,此时教师引导学生回顾实验室制取氧气所需药品的状态、反应条件及发生装置,对比制取二氧化碳所需药品的状态及反应条件,确定制取二氧化碳气体的发生装置。
实验室用过氧化氢溶液与二氧化锰的混合物制取氧气,属于“固体-液体”之间反应,反应在常温下进行,这与实验室制取二氧化碳所需反应物的状态及反应条件完全相同,因此,可选用制取氧气的装置来制取二氧化碳,学生利用给出的仪器,组装了四套制取二氧化碳的简易装置。
在确定了实验的发生装置后,教师给出二氧化碳的部分物理性质:通常情况下,二氧化碳是无色无味的气体,能溶于水,密度比空气大;值此提出问题:在实验室中,如何收集二氧化碳?学生普遍认为:气体的收集方法与气体的密度及其在水中的溶解性关系密切。二氧化碳能溶于水,不能用排水法收集;二氧化碳的密度比空气大,可用向上排空气法收集,如图3所示。
三、选择装置,分组实验
学生在确定了实验用品、反应原理、实验装置后,教师可以给学生充分选择的空间,让学生自主选择实验仪器组装一套完整的实验装置,分组进行实验,并收集一瓶二氧化碳气体,亲历实验过程,体验学习快乐。同时,教师应引导学生经历实验过程,总结实验步骤:选择仪器组装装置检验装置气密性加入药品(先加入固体药品,再加入液体药品)固定装置收集气体。提醒学生化学实验应按照实验步骤规范、有序进行操作。
四、反思评价,加深理解
学生实验结束,教师要给予学生反思的机会,引导学生重新审视所选实验装置的优点与不足,加深对知识的理解。如:装置②与装置①相比较,装置②的优点是什么?(与装置①相比,可以制取较多量的二氧化碳);使用装置②制取气体时,液体药品反应消耗完毕,不能随时添加液体药品,为此对该装置做如何改进?(可通过长颈漏斗向试管或锥形瓶中添加液体试剂,如图③、④所示装置);使用装置③或装置④制取二氧化碳气体时,为确保收集到气体,应注意什么?(应使长颈漏斗的下端浸在液面以下)。通过一步步设问,一次次引发学生思考,提高对各实验装置优缺点的认识。
五、创新拓展,开发资源
为了开阔学生的知识面,拓宽学生的知识视野,我们在尊重教材和学情的基础上,可以适度开发教材资源、丰富教学资源,实现教学资源共享。
教师提出问题:我们都能成功地得到二氧化碳。但到现在我们交流结束,我还发现好多装置中还在冒气泡。这是不是又有一个新问题,它不由我们控制、不需要时它还继续发生反应,怎么办[1]?怎样才能做到节约、安全、随时控制反应发生或停止呢?
学生讨论:
学生甲:我们少加一点药品。
学生乙:这样好像不行, 可能会导致气体还不够时, 药品就没有啦。
学生丙:是不是可以从装置上想办法,如果可以控制药品的接触与不接触就可以。因为如果要发生反应,药品要接触;如果不接触,反应自然会停止……[1]。
学生经过思考、讨论,给出如下实验装置。
教学并不是刻板给予,而是在教师的引导下学生自主获取知识。本课注重“过程与方法”教学目标的活动设计,学生亲历知识的形成过程,他们进行自主、协作学习,互相取长补短,共享学习成果,感受和体验探究的过程和乐趣。学生的积极性受到了充分的调动,下课时仍意犹未尽,自然也就收到较好的教学效果[2]。
参考文献
学习目标:
1.认识二氧化碳的主要物理性质和化学性质;
2学氧化碳的实验制法;
3.认识化合反应和分解反应的特点 ;
4.了解二氧化碳在自然界碳循环中的作用,以及对人类生产生活的意义。
5.初步学会运用各种媒体获取信息;初步学会用归纳,概括等方法对获取的信息进行加工处理。
学习重点:
1. 认识二氧化碳的主要物理性质和化学性质;学氧化碳的实验制法。
2. 从各种媒体中获取信息,并对信息进行加工处理。
课堂学习:
第一课时:自然界中的二氧化碳及与人体的健康
教师提问:二氧化碳在空气中的含量是?如果把这0.03%的二氧化碳从空气中除去,行吗?
师生交流:相互讨论。
归纳引入:二氧化碳对自然界的生命活动如此重要,我们一定要充分认识二氧化碳。
教师引导:1、自然界的二氧化碳是如何产生的?
2、自然界的二氧化碳是如何消耗的?
学生讨论
共同归纳:学生发言,补充、板书。
教师提问: 1、 产生二氧化碳的速度与消耗二氧化碳的速度相当吗?
2、自然界的二氧化碳含量恒定吗?
3、二氧化碳含量上升会带来什么问题?
4、二氧化碳含量上升对人类也有好处吗?
设问引入: 二氧化碳对人有毒吗?
学生阅读: 课本表2—5
学生交流:在教室里学习时,为什么要保持教室通风?
课后探究:如何检测二氧化碳含量是否过高呢?我们下节课交流。
第二课时:二氧化碳的性质
直接引入:这节课,我们来学氧化碳的性质
教师提问: 通过预习,结合生活经验,你已经知道了二氧化碳的那些性质?
问题汇总:(教师在黑板上列出同学们的回答)
教师提问: 同学们对其中的那些问题感兴趣?
明确探究的问题
探究1:如何用实验说明二氧化碳的密度比空气的密度大?
拟备实验:1、简易天平测量法。2、气球法(注意比较)。3、倾倒法。
探究2:如何知道二氧化碳溶于水?
拟备实验:1、向装满二氧化碳的塑料汽水瓶中到入半瓶水,盖紧、震荡。
2、向装满二氧化碳的集气瓶中到入半瓶水,盖紧、震荡、倒立。
探究3: 二氧化碳与石灰水的反应。
拟备实验:如何简易得到二氧化碳?向石灰水中吹二氧化碳。
探究4:能见到二氧化碳的固体干冰吗?
拟备实验:用液态二氧化碳灭火器制干冰。
探究5: 二氧化碳与水反应吗?
拟备实验:1、水与石蕊试液的反应。2、向石蕊试液中吹气。3、向石蕊试液中加入溶有
二氧化碳的水。
质疑: 让石蕊试液变红的物质是什么呢?
提供信息:用一组酸分别与石蕊试液作用。
归纳: 酸让石蕊变红。
提供信息:二氧化碳不是酸,酸从何来?
学生阅读,讲解归纳。
学生实验:加热变红的石蕊试液。
讨论讲解:石蕊试液又变色的原因。
整理归纳:二氧化碳的性质
介绍: 化合反应与分解反应。
学生举例:说出你知道的化合反应与分解反应实例。
留疑: 教材46页第5题。
第三课时:二氧化碳的实验制法
复习引入:1、二氧化碳的物理性质。2、二氧化碳的化学性质。3、板演反应式。
教师提问:如何在实验条件下得到二氧化碳?
演示实验:碳酸钙与稀盐酸反应。
教师提问:如何才知道所得气体就是二氧化碳呢?
演示实验:用石灰水检验所得气体。
讲解板书:反应的文字表达式
学生交流;书中42页与43页产生氧气的装置有何不同?
集中讨论:1、铁架台的作用是什么?2、反应容器的区别是什么/
3、用分液漏斗的好处是什么?4、如果用长颈漏斗代替分液漏斗,行吗?
5、如何检验二氧化碳何时收集满?
演示实验:制取二氧化碳。
归纳整理:实验室收集气体的常见方法及一些注意事项。
浙教版《科学》八年级下第61页《二氧化碳》中的活动:
4.用蓝色石蕊试液测被压扁的瓶中液体,显 色,说明此液体呈 性。
二氧化碳是学生继氧气之后比较系统地研究的第二种物质。关于二氧化碳的教学,《科学八年级下教学参考书》建议采用实验、阅读、讨论相结合的方式,重点放在课本安排的几个实验和组织学生讨论上,让学生通过自己动手实验,从实验现象的观察、分析中,归纳总结得出二氧化碳的性质。开始教学时,可以先介绍二氧化碳的实验室制法、收集方法(向上排空气收集法)、检验气体是否充满集气瓶的方法,再让学生观察教师的演示实验,然后让学生用课前收集准备好的二氧化碳进行实验。
此探究活动的编写意图只是针对新授课的知识、技能等目标与要求,也符合初二学生的认知水平。笔者认为课本对上述活动的安排只考虑了让学生认识二氧化碳的物理性质和化学性质,并没有进一步探讨实验室制取二氧化碳的药品选择和确定气体收集方法等充满培养学生科学探究思想的相关知识。在初三复习课中,随着学生知识的完善和能力的提升,科学教师可以增设这一目标,通过精选相应的变式练习,实现课本探究活动与中考试题的融合,以提升学生的科学素养。
一、实验室制取二氧化碳为什么选用石灰石
变式1 (2013・嘉兴中考)为研究实验室制取二氧化碳的速度与什么因素有关,科学兴趣小组的同学设计了如下实验方案:室温下在六个锥形瓶中分别加入A、B两种大理石各50克,然后加入等量的不同溶质质量分数的稀盐酸。记录表如下:
(1)由实验方案可知,他们除了在研究稀盐酸质量分数的影响外,还在研究 的影响。
(2)查阅资料得知,化学反应的速度与反应物间的接触面积有关。于是他们对上述方案进行了修改,使大理石的 也相同。
(3)为了准确比较CO2气体的产生速度,理论上可以测量收集相同体积气体所用的时间,也可以测量 。
【解析】 本题主要考查影响生成二氧化碳反应速度的因素,根据科学兴趣小组同学的实验方案,他们除了在研究稀盐酸质量分数对其的影响外,还在研究大理石种类对其的影响,并且由资料得知,反应物间的接触面积会影响化学反应的速度,所以要求大理石的颗粒大小(体积)也要保持相同;要准确比较CO2气体的产生速度,理论上可以测量收集相同气体所用的时间,也可以测量相同时间收集到的气体体积。
答案:(1)大理石的种类 (2)颗粒大小(体积) (3)相同时间收集到的气体体积
变式1主要探究稀盐酸质量分数、大理石的种类对产生二氧化碳气体速度的影响,其实该题还隐含了一个非常重要的知识,也是一个非常好的探究因素,即实验室为什么选用石灰石(或大理石)制取二氧化碳?现在的科学课本,只通过图2-55告诉学生实验室用石灰石(或大理石)制取二氧化碳气体,并没有阐述其原因。石灰石(或大理石)的主要成分是碳酸钙,碳酸盐跟酸起反应,一般都有二氧化碳生成。若选用可溶性的碳酸盐(如碳酸钠等),与酸反应速度过快,难以控制;若选用不溶性碳酸盐(如碳酸镁等),则其来源一般较少。石灰石(或大理石)与酸反应速度适中,其在自然界中的含量也极其丰富,且价格低廉。[2]所以,变式1更有助于学生完善知识结构,不仅解决了实验室为什么选用石灰石(或大理石)制取二氧化碳的问题,而且进一步探讨了稀盐酸质量分数等对制取二氧化碳速度的影响,不失为举一反三的好题。
二、实验室制取二氧化碳为什么最好选用稀盐酸
变式2 (2007・杭州中考)鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙。教师在课堂上做了个趣味实验,将鸡蛋放入盛有100毫升稀盐酸的烧杯中(鸡蛋的密度大于稀盐酸的密度),可以看到鸡蛋先下沉,一会又上浮,到液面时又下沉,如此反复。该实验中发生的化学反应方程式是 。浮力改变是鸡蛋下沉后又上浮的直接原因,而造成浮力改变的主要原因是 。除此主要原因外,引起浮力改变的原因还有 (假设在反应的过程中,鸡蛋、溶液体积和温度不变)。
小明对该实验很感兴趣,他也将同样的鸡蛋,放入实验室常见的酸溶液中,但见鸡蛋下沉后却并不上浮,你猜测这其中的原因可能是 ,或是 。
【解析】 本题主要从日常生活中的一个常见的现象入手,对浮力知识和化学方面的知识进行综合考查。鸡蛋壳的主要成分是碳酸钙,与盐酸反应生成氯化钙、水和二氧化碳,而鸡蛋浮力大小的改变主要与排开液体体积的改变有关,即碳酸钙与盐酸反应产生的小气泡附在鸡蛋壳表面,使鸡蛋排开的液体体积增大,导致浮力增大,鸡蛋上浮到液面,气泡破裂,体积减小,浮力也减小,因而又下沉。此外,鸡蛋浮力大小的改变也与溶液的密度改变有关,由盐酸变为氯化钙溶液,溶液密度增大。而小明的实验,既然鸡蛋放入酸中没有上浮,也可以从上浮原因的反面进行分析,如果酸的浓度较小,与碳酸钙反应产生的二氧化碳较少,鸡蛋所受的浮力小于所受的重力;此外,如果酸是硫酸,与碳酸钙反应生成微溶于水的硫酸钙会阻碍继续反应。
变式2通过小明实验的不成功,巧妙地引出一个重要的科学问题,即实验室制取二氧化碳时,为什么最好选用稀盐酸,这与实验室为什么选用石灰石制取二氧化碳一样在课本中都没有说明,这也是一个非常好的探究因素。如果用稀硫酸和石灰石(或大理石)反应,由于生成的微溶性固体硫酸钙覆盖在石灰石(或大理石)表面,使酸与石灰石(或大理石)脱离接触,导致反应太缓慢或停止,若要让反应能进行,则需考虑让反应物之间的充分接触,如选用石灰石(或大理石)粉末等。如果用硝酸与石灰石(或大理石)反应,由于硝酸不稳定,见光或受热易分解,制得的CO2中混有NO2和O2等杂质;如果用浓盐酸与其反应,由于浓盐酸具有挥发性,制得的CO2中混有氯化氢气体,选用稀盐酸制得CO2气体则较为纯净。[2]
三、实验室能否用排水法收集二氧化碳气体
【解析】 本题主要考查二氧化碳的性质。在探究二氧化碳的溶解性时,为了避免杂质等影响,试剂瓶中加入的水应是蒸馏水;为了使二氧化碳充分溶解,应尽量缓慢地推动活塞;当向水中注入CO2气体体积达到120毫升时,红色油柱开始向上移动,说明200毫升水中最多能溶解120毫升二氧化碳,实验表明在该条件下,1体积水中能溶解二氧化碳的体积是:120毫升/200毫升=0.6。
答案:(1)A (2)使二氧化碳充分溶解 (3)0.6
变式3通过定量的方式探究了二氧化碳在水中的溶解能力,回答了实验室能否用排水法收集二氧化碳气体的问题。课本通过图2-57、2-56定性的说明二氧化碳溶于水、且二氧化碳的密度比空气大,只能采用向上排空气法的方式收集二氧化碳气体。通过本实验却发现在该条件下,1体积水中能溶解二氧化碳的体积为0.6(在标准状况下,1体积水也仅能溶解0.88体积的二氧化碳[3]),这个量并不大,此外还可通过二氧化碳在水中溶解快慢的实验,得出二氧化碳在水中溶解速率并不大,所以在实验室完全可以使用排水法收集二氧化碳,如果采用图乙方式收集效果则更佳。我们知道能用排水法收集的气体,一般不用排空气法收集,因为排水法收集的气体纯度高,而且还可以观察到气体何时集满。[4]
科学课本是课程专家、学科专家以及广大一线优秀科学教师集体智慧的结晶,是科学教师教学的基本凭借,也是学生自学的主要对象。但是,我们绝不能把科学课本当成是“圣经”、唯一的科学课程资源。在初三复习“科学探究”时,科学教师以课本为基础,通过创设新情境、新问题,臻善典型“探究”活动,开展有效性的变式教学,这不仅能使学生的学习“减负提质”,更能培养学生的求异创新能力。
参考文献:
[1] 王鹤新. 挖掘教材例题,开展变式教学[J]. 中学物理教学参考,2013(4).
[2] 徐宜秋. 实验室制取二氧化碳若干问题释疑[J]. 数理化学习(初中版),2008(11).
关键词:对比实验;可比性;控制变量
文章编号:1008-0546(2012)05-0096-02 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2012.05.045
刚从《奇妙的二氧化碳》的课堂上下来,先说说在课堂上遇到的一个问题:二氧化碳跟水反应生成碳酸使紫色石蕊试液变红的演示实验中,把二氧化碳通入紫色石蕊试液中,液体颜色应该是由紫色逐渐变红色的,但是不很明显,这时我听到有些学生在下面偷偷地说:“不好意思,实验失败了!”这时我把原来准备好的没有通入二氧化碳气体的紫色石蕊拿过来放在一起,什么都没说,学生马上惊讶:变红了!所以我想说的是:在实验教学中,要注意运用对比实验。
初中化学是启蒙学科,如何培养学生的学习兴趣和探究能力至关重要。实验是培养学生兴趣和能力的最基本手段和最有效的方法,尤其是对比实验对学生创新能力的培养和思维能力的提升起着无可替代的作用,既可帮助学生深刻理解和掌握教学内容,又能激发学生学习化学的好奇心和积极性,培养学生的化学思维能力。就上面这个实验而言,如果教师没有想到做对比实验,或者说,没准备作为对比的石蕊试液,恐怕要费很大的周折才能说清楚颜色变化,还不一定能让学生信服的。在这个实验中,我认为还要准备另一个对比实验:通入二氧化碳气体的已经变为红色的石蕊试液,要预留一半在另一支试管中,其中一支试管在酒精灯火焰上加热,另一支试管做为对比,然后把三支试管放在一起比较,现象就会更加明显,也不用很多的语言来解释了。
下面就结合本人多年来的教学实践谈谈如何巧用对比实验,让实验发挥最大的作用。
一、设计对比实验目的要明确,易于引导学生对比
做实验的目的,是为了探究问题,而对比实验是探究问题的最佳途径,要想做好实验,就必须明确做这个实验的目的是什么,为了达到这个目的,设计什么样的实验,以及什么样的对比实验,用来说明什么,或者说用来排除什么。举个例子,在学习催化剂的概念时,我们知道二氧化锰作为过氧化氢制取氧气的催化剂符合以下特征:能加快这个反应的速度、本身的质量和化学性质不变。这里就针对加快反应速度设计一个简单的对比实验:取两支相同的试管,加入过氧化氢溶液,其中一支试管加入二氧化锰,另一支试管不加作为对比,能不能加快反应速度就一目了然了。在这个实验中,学生很容易产生这样的疑问:其他固体物质是否也能用来作此反应的催化剂呢?老师可以根据学生的好奇心,引导学生通过对比实验来寻找答案:把需要验证的物质分别放入过氧化氢溶液中,通过对比不难得出结论。
本文开头所提到的二氧化碳能和水反应生成碳酸这个实验,由于没有明显现象,不利于观察。所以课本上设计了将二氧化碳通入紫色石蕊试液中,能使紫色石蕊试液变红,事实上颜色变化还是不明显,在这个实验中学生难免会误以为是二氧化碳气体使紫色石蕊试液变红的,那么我们该如何设计实验让学生明白不是二氧化碳气体而是二氧化碳气体和水反应生成的碳酸呢?个人认为下面这组对比实验比较好:设计四个实验进行对比,首先要准备四个用石蕊试液喷洒过的干燥的纸花。第一个实验,向干燥的纸花上喷稀盐酸或者稀硫酸,用以说明酸液可以使紫色石蕊变红;第二个实验,向干燥纸花上喷水,用以说明水不能使紫色石蕊变红;第三个实验,把干燥的纸花放入盛有干燥的二氧化碳气体的集气瓶中,这个实验用以说明二氧化碳气体是不能使紫色石蕊变红的;第四个实验,将干燥纸花喷完水后,放入盛有干燥的二氧化碳气体的集气瓶中,此时纸花变红了。这样四个实验对比,学生更容易理解不是水,也不是二氧化碳气体使紫色石蕊变红的,而是二氧化碳气体和水反应生成的一种酸性物质使紫色石蕊变红的,然后再提一下碳酸就可以了。
二、设计实验要简单明了,易于操作
化学是初中生的启蒙学科,学生刚刚接触化学,特别是实验,学生一接触实验就非常兴奋,就管不住自己了。尤其是农村中学,条件差,很多实验没有条件做,偶尔做实验,学生那叫一个放松,说是眉飞色舞都不过分,实话说,兴趣是很浓,但是容易得意忘形,只顾看热闹,就没有学到该掌握的知识。所以我认为我们设计实验应该尽量简单明了,容易理解和操作。
举个例子,上教版九年级化学课本第四十六页第六题,要求设计实验验证呼吸作用确实产生了二氧化碳气体。按照我们老师的思维,应该设计这样的实验:人体呼入的空气应该先通入氢氧化钠溶液以除去空气中的二氧化碳气体,然后通过人体的呼吸作用,呼出的气体再通过澄清的石灰水,澄清的石灰水变浑浊从而证明人体呼吸作用产生了二氧化碳气体。我个人认为这个实验虽然很严谨,但是对于刚刚接触化学的初三学生来说,有点儿复杂了,暂时还不适合。不如设计一组简单的对比实验:只需要用两支相同的试管,分别盛有相同的澄清石灰水,然后同时分别吹气和通入空气,只要比较澄清石灰水变浑浊的快慢或者浑浊程度即可。同样能说明问题,我们为什么不设计简单可行的实验而去选择复杂、难以操作的实验呢?
三、设计实验要控制变量,具有可比性
二、改进实验目的
二氧化碳是学生日常生活中比较熟悉的物质,与人们生活和生产实际有着紧密联系,而它的制取和性质实验也是中学化学实验教学的重点之一,所用药品在家庭中也容易找到,对它的研究学生会比较感兴趣,也可以趁机调动起学生的积极性和主动性。为了解决这个问题,特设计了一套在家庭中进行二氧化碳制取和性质实验的装置,它不仅适合于学生家庭实验,而且也适合于教师演示,整个装置简单,易于操作,实验效果良好。
三、实验仪器及试剂
发生装置使用方法:可以控制反应随时发生随时停止,从矿泉水瓶口处加固体药品石灰石,液态药品稀盐酸可从敞口处直接加入。使用时将弹簧夹A打开,这样发生器中的固体、液体药品就会接触,发生反应;如需使反应停止,关闭弹簧夹A即可,发生器中的过量气体会把盐酸压入外面的大瓶,并且发生器轻,同时可以浮起来,也起到了使盐酸液面下降与石灰石脱离的作用。
收集装置制作方法:用集气瓶或者类似的玻璃容器倒放固定在铁架台上,导管用废旧的塑料水管代替,进气塑料管口略出胶塞一点,排出空气的塑料管直接伸入到瓶底,与外界空气相通。
五、实验操作部分
收集气体:向反应装置中加入稀盐酸和石灰石,打开弹簧夹A,关闭弹簧夹B,开始用向上排空气法收集二氧化碳气体,当把燃着的木条放在导管c,木条熄灭时,证明二氧化碳收集满,此时关闭弹簧夹A。
性质实验:
实验1:打开弹簧夹B,把导管d放在烧杯口,烧杯中有两个高低不平燃烧的蜡烛,过一会儿可以看到蜡烛由低到高依次熄灭。说明二氧化碳既不燃烧,也不支持燃烧,并且密度比空气大,可以像流水一样从d管流出,而空气轻,从c管进入集气瓶中。
实验2:烧杯中有干燥的石蕊试纸和湿润的石蕊试纸,在烧杯的外壁有湿润的石蕊试纸,把导管d放在烧杯中,过一会儿可以观察到烧杯中湿润的石蕊试纸变红,而干燥的石蕊试纸和烧杯外壁湿润的石蕊试纸没有变化。湿润的石蕊试纸是蓝色的,说明水不能使石蕊变色;通入二氧化碳后,干燥的石蕊试纸没有变化,说明二氧化碳不能使石蕊变色;通入二氧化碳后,烧杯内湿润的石蕊试纸变红,而烧杯外没有接触到二氧化碳的湿润的石蕊试纸没变化,说明二氧化碳和水发生了反应,生成了使石蕊变红的物质,而这种物质经检验是碳酸。
实验3:把导管d再通入到盛有澄清石灰水的试管中,一会儿观察到试管中的澄清石灰水变浑浊,说明二氧化碳可以和氢氧化钙反应。
六、装置改进的意义
按照课本上的原实验操作,需要制取好几瓶二氧化碳气体,在每个实验中,都有用剩的气体直接排放到空气中,造成浪费。而改进后的实验设计只需要一瓶气体,节约药品,操作简单。利用家庭中废旧的物品来做实验,培养了学生勤俭节约、艰苦奋斗的优良传统。
该实验还让学生意识到向上排空气法不一定集气瓶口向上,密度比空气大的气体都可以用这种装置来收集,并且这种收集气体的方法在中考中也经常考查到。
摘要:在实验探究中,教师应该关注实验细节,增强实验“三度”:改变实验步骤,增进探究的深度;设计实验漏洞,增加探究的广度;开展对比实验,增强探究的精度。
关键词:探究;深度;广度;精度
化学是一门以实验为基础的自然科学,新课程以实验探究为载体,培养学生的思维能力、实践操作能力和合作交流的能力。然而,教材提供的探究实验仅仅是师生开展科学探究的素材,在探究教学中,教师应该关注实验细节,增强实验“三度”。具体说就是:改变实验步骤,增进探究的深度;设计实验漏洞,增加探究的广度;开展对比实验,增强探究的精度。
一、 改变实验步骤,增进探究的深度
实验是化学研究的重要方法,有的实验操作顺序不同,可能会导致实验现象大相径庭,有的实验尽管步骤不同,但实验现象却是相同的,对于异途同归的探究实验,如果改变操作顺序,就能增加实验探究的深度。
1.二氧化碳与水反应
课本关于二氧化碳与水反应的探究实验步骤一般是这样的:
(1)取两支试管A和B,在A、B两支试管中分别加入2mL蒸馏水,滴入2滴紫色石蕊试液。向A试管中通入二氧化碳气体,B试管用于对比,观察记录实验现象。
(2)取下试管A,加热液体至沸腾,观察颜色是否变化。
按照这样的实验步骤操作,探究的深度略显不足。不妨将实验步骤(1)做如下改进:①取两支试管A和B,在A、B两支试管中内分别加入2mL蒸馏水,向A试管中通入二氧化碳气体,B试管用于对比,观察到A、B试管内还是无色液体,没有任何变化,不能确定二氧化碳是否与水是否发生了化学反应。要检验二氧化碳与水发生了化学反应还需要借助紫色石蕊试液(它遇到酸性物质会变为红色)。②向A、B两支试管内分别滴入2滴紫色石蕊试液、振荡,观察到A试管内石蕊试液呈现红色,B试管内石蕊试液呈现紫色。证明A试管内水已经和二氧化碳发生了反应生成了酸性物质(碳酸)。③将红色的石蕊试液加热至沸腾,发现红色石蕊试液又变为紫色,从而得出二氧化碳的两个化学性质:
CO2+H2O=H2CO3H2CO3=CO2+H2O
2.将二氧化碳倒入阶梯状蜡烛的烧杯中
一般实验步骤如图1所示,观察到下层蜡烛先熄灭,上层蜡烛后熄灭,得出二氧化碳密度比空气大,不燃烧也不支持燃烧的性质。如果在此实验的基础上再增加一个探究实验,如图2所示,改变二氧化碳的倾倒方向,观察到上层蜡烛先熄灭,下层蜡烛后熄灭。两个截然相反的实验现象给学生强烈的视觉冲击和思维震撼,看似相异的现象却反映了二氧化碳相同的性质。
二、设计实验漏洞,增加探究的广度
为了强调实验细节,教师不妨设计一些教学漏洞,让学生在辨错、析错、纠正的过程中关注实验细节。例如,二氧化碳的制备实验可以设计三个操作漏洞,增加实验探究的广度。
漏洞1.长颈漏斗未形成液封
如图3所示,实验前检查装置的气密性良好,向锥形瓶内加入石灰石或大理石,从长颈漏斗加入稀盐酸(量比较少,未浸没长颈漏斗的导管形成液封),锥形瓶内有大量的气泡,但是一段时间后用燃着的木条检验,木条并不熄灭。组织学生查找原因:气体从长颈漏斗内逸出,因而收集不到二氧化碳气体。改进措施:继续添加稀盐酸,浸没长颈漏斗的导管形成液封,如图4所示,很快就能收集满二氧化碳气体。这样从反面强调了使用长颈漏斗制备气体时,长颈漏斗一定要形成液封,否则气体将从长颈漏斗内逸出,无法收集到气体。
漏洞2.胶塞未旋紧,装置漏气
用图5所示的装置制备二氧化碳气体并探究二氧化碳的性质。若制备二氧化碳前,经检验得知该装置的气密性良好,但向烧瓶内加过大理石或石灰石,盖上胶塞后,滴下稀盐酸,试管内却无气泡出现。学生分析试管内无气泡出现的原因是:胶塞未旋紧,装置漏气。在维持原装置和试剂都不变的基础上,改进措施:旋紧胶塞。该实验漏洞从反面强化了学生实验经常容易忽略实验细节:未旋紧胶塞,装置漏气。
漏洞3.未打开分液漏斗盖子;难以滴加液体
如图5所示,制备所需二氧化碳前,经检验得知该装置的气密性良好。但加过大理石或石灰石,旋紧胶塞后,打开分液漏斗的活塞,没有稀盐酸滴下。学生分析异常的原因是:分液漏斗盖子未打开,难以滴加液体药品。改进措施:打开分液漏斗的盖子。
三、开展对比实验,增强探究的精度
不少课本和教辅用书上关于二氧化碳的收集方法的表述是:只能用向上排空气法收集,因为二氧化碳的密度比空气大,不与空气发生化学反应。不能用排水法收集,因为二氧化碳能溶于水。在探究二氧化碳的实验室制法时,教师可以组织学生开展对比实验,探究用排水法和向上排空气法收集二氧化碳气体的速度以及收集到的二氧化碳的纯度,增强实验探究的精度。
1. 比较用两种方法收集二氧化碳的耗时长短
在大试管中加入5粒石灰石、倾倒约试管1/3的稀盐酸,取一支试管A,用排空气法收集二氧化碳,验满后,再用胶塞塞紧,备用。取另一支容积相同的试管B,用排水法收集一试管二氧化碳,收集满后,用胶塞旋紧,备用。分别记录两种方法收集满二氧化碳所用的时间。实验发现:收集等体积的二氧化碳时,用排水法收集比用排空气法收集所需的时间短。因而,用排水法收集二氧化碳的速度更快。
2. 比较用两种方法收集二氧化碳的纯度
向试管A、B中分别滴加三滴管澄清的石灰水,旋紧胶塞,同时用力振荡,直到澄清的石灰水变浑浊又变澄清,记录所用时间,发现B试管比A试管所用的时间要短。所以,用排水法收集到的二氧化碳更加纯净。
关键词: 实验室气体制备 原理 规律
实验室气体制备是初中化学教学的重点,也是历年中考考查科学探究能力的难点、热点。其原因主要在于气体制备实验中包含的基础知识点多,综合性运用性强,涉及的实验仪器、基本操作也较多。初中阶段,实验室制取氧气、二氧化碳和氢气,是课程标准中学生必须掌握的三种气体制备。而由这三种气体的实验室制法衍生出来的考点非常多,在教学过程中,只要掌握其内在的规律和联系,做到举一反三,那么此类问题就能迎刃而解。现将初中化学实验室气体制备的思路和方法归纳如下。
一、实验室制取气体的一般步骤
1.选择反应原理。在化学反应原理中,不是所有能生成所需气体的反应都可以在实验室用来制备该气体。选择反应原理时,应该考虑到:(1)选择能够产生该气体的化学反应。(2)该反应的原料应该尽量满足廉价易得、环保节能,符合“绿色化学”的理念。(3)反应条件简单可行,反应速率适宜易控。(4)生成的气体应尽量纯净,气体易于导出、收集等。
2.发生装置。根据反应物的状态以及反应条件进行选择。在初中阶段,可发生装置分为以下两大类:(1)固体与固体反应,需要加热,简称为“固固加热型”,这套装置可用于实验室加热高锰酸钾,氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气。相关注意事项如下:①试管口应略向下倾斜(防止加热过程中产生的冷凝水倒流而引起试管底部炸裂);②试管夹夹在试管的中上部;③药品应平铺在试管底部;④导管口不宜伸入试管过长;⑤加热时,先预热且用外焰加热。(2)反应物为固体与液体(或液体与液体),不需要加热,简称为“固液非加热型”(或液液非加热型)。该装置多适用于实验室制取二氧化碳和氢气,需要注意在使用长颈漏斗时勿忘“液封”,以免气体逸出。当固液反应、液液反应需要加热时只需要再添加酒精灯即可。
3.收集装置。根据气体的水溶性及密度进行考虑,主要可分为排水法和排空气法。(1)排水法,适用于难溶或不溶于水且不易与水发生反应的气体,如:氢气、氧气、甲烷、一氧化碳等。(2)排空气法,又可细分为向上排空气法和向下排空气法,前者适用于密度比空气大且不与空气中的物质发生反应的气体,如氧气、二氧化碳;后者适用于密度比空气小且不与空气中的物质发生反应的气体,如氢气。
二、气体的验满或验纯
1.对氧气的验满,将带火星的木条伸到集气瓶口,若木条复燃,则说明收集的气体已满。(强调“集气瓶口”)
2.二氧化碳的验满,将燃着的木条伸到集气瓶口,若木条立刻熄灭,则说明收集的气体已满。(强调“集气瓶口”和“立即熄灭”)
3.对于氢气、甲烷等可燃性气体,点燃之前一定要检验其纯度,以防止发生爆炸。
三、气体净化
净化时所需气体不能参加化学反应或溶解而损失,也不能引入新的杂质。净化的顺序一般是先除杂,后干燥,干燥后的气体不能再通过水溶液。
1.气体的除杂。除杂的原则:(1)不减少被净化的气体的量;(2)不引入新的杂质。常用的干燥仪器包括洗气瓶、干燥管、U型管和玻璃管等。
2.气体的干燥。气体的干燥可以通过干燥剂来实现。常用的干燥剂分为三类:(1)酸性干燥剂(如:浓硫酸),常用来干燥二氧化碳、二氧化硫等气体,不能用来干燥碱性气体;(2)中性干燥剂(如:无水氯化钙),能干燥大部分气体,不能干燥氨气;(3)碱性干燥剂(如:生石灰、氢氧化钠),常用来干燥氨气,不能用来干燥酸性气体。
四、尾气的处理
化学实验中产生的尾气若是会对环境造成污染,必须对尾气进行无害化处理,同时培养学生科学环保的实验素养。常用的尾气处理方法有:(1)火封法(即燃烧法,在尾气处加一盏酒精灯,点燃尾气);(2)水封法(即将气体通入水中),注意防止因气体溶解而出现倒吸现象;(3)碱封法(即将气体通入碱液中),如二氧化硫等酸性尾气的处理都可以通过碱液来吸收。
五、例题
在初中化学实验室气体制备的具体教学中,一要结合课本实例加以分析,同时运用对比的思维引导学生反思实验操作过程中的“为什么”。例如实验室制取二氧化碳:选择用块状的石灰石或大理石与稀盐酸反应,在实际教学中,在发散与启迪学生思维方面,应该对比为何不把稀盐酸换成稀硫酸或浓盐酸,为何不把石灰石或大理石换成碳酸钠?(因为稀硫酸与碳酸钙反应生成的硫酸钙微溶,覆盖在石灰石或大理石表面,阻止了反应的进行;浓盐酸具有挥发性,导致制取的二氧化碳中含有氯化氢气体;碳酸钠与稀盐酸反应过快,不易控制,且原料价格高于石灰石或大理石。)