二氧化碳性质实验的研究性创新

王士富

九年级化学教材无论是什么性质的版本,都编排了二氧化碳性质的教学课题,且十分相似地涉及众多的探究性实验和教师演示实验,究其实验方案,基本上都采用了传统而又经典的操作方法.根据化学教师的演示经历,结合笔者自身的操作感受,经过长期的悉心思考,发现教材中一直沿用的二氧化碳灭烛实验和二氧化碳密度比空气大的验证性实验,存在着可见性低、严密性差、安全系数不高的弊端.经过精心研究和整合,沿着“细思考—勤实践—再验证”的路径,对上述两则实验进行了广角创新设计.

一、新建实验原理:增强实验严谨性,提高实验稳定性

验证二氧化碳的密度比空气大

教学中常用的实验方法是,利用托盘天平或杠杆吊着纸杯的“土天平”,通过向某一端的杯中倾倒二氧化碳,努力捕获杯子下沉的现象,企望问题得到验证.事实上,由于托盘天平受到自身感量因素的制约,集气瓶盛放的二氧化碳质量很小,导致实验的可见性很差.也有不少教师改用“土天平”来实验,但“土天平”杠杆两端悬挂的纸杯摇摆起伏不定,增大了实验操作和观察现象的难度.近年来又有不少教师设计了用两个气球(或塑料保鲜袋),分别充满二氧化碳和空气,置于同一高度、同一时刻下落,观察气球落地的先后(先落地的是二氧化碳,后落地的是空气).殊不知,实验中存在许多不严密的地方——气球自身的质量不完全相等;充气后气球的体积和形状不完全相同.这些因素都直接影响气球落地的先后.凡此种种,从现象的不稳固性到结论的不确定性,很多教师苦于找不到理想的突破方法,其制约教学效益的瓶颈越发显现出来.

在长期的教学中,笔者针对实验中暴露出的问题,逐一研究.尊崇彻底消除实验弊端、赋予操作方案的科学性的原则,全力确保实验的稳固性和现象的可见性,使实验有100%的成功率.于是设计出以下实验方法:取一只集气瓶,注入少量澄清的石灰水(做显示剂),然后向瓶内倾倒一瓶二氧化碳(持续约6秒钟),盖上玻璃片振荡.非常清晰地观察到澄清的石灰水变浑浊.此现象表明二氧化碳已成功倒入瓶内,这个事实铁证了二氧化碳的密度比空气大;接着顺势分析澄清的石灰水遇到二氧化碳变浑浊的原理,揭示二氧化碳能和氢氧化钙起反应的化学性质.在事先准备好二氧化碳和澄清石灰水的条件下演示,不存在任何不确定的因素.该实验的最大创新之处在于,彻底排除了传统实验中的诸多不确定因素,稳固性、可操作性以及可见性极强.

此项操作的另一个妙处在于,一个实验折射出二氧化碳的两种性质,实现了教学二氧化碳物理性质和化学性质的无缝对接.

二、新辟实验路径:增大实验可控性,提升实验可视性

探究二氧化碳的灭火性实验

二氧化碳不可燃也不支持一般物质的燃烧.对于此性质的探究,教材中一直沿用了较为传统而又经典的二氧化碳灭烛实验:即在烧杯内点燃两支呈阶梯形的蜡烛,然后倒入一瓶二氧化碳气体,观察蜡烛燃烧的变化.实际上,只要是动手演示的教师,都深深体验到了实验本身存在着以下几个严重的缺陷:1.实验的安全性差.在倾倒二氧化碳的过程中,操作者双手被蜡烛火焰灼烤,苦痛难耐,背离了人性化的原则;2.蜡烛正常燃烧的火焰较旺,在烧杯内燃烧放热使杯内气体热膨胀,二氧化碳气体很难倒入杯底,导致灭烛实验失败;3.受烧杯自身口径的制约,倒进的二氧化碳往往会将高的火焰扑灭,从而造成实验的负效应.笔者基于长期的感悟所得,借参加2008年江苏省初中优秀化学实验教学课大赛的契机,彻底改变了原有的实验思维,变“静态”的蜡烛为动态,变“动态”的二氧化碳为静态,从改进方案到演示效果都得到了省级专家组评委的高度赞同.具体做法是:即向烧杯内倒入一瓶二氧化碳气体,然后将燃着的阶梯形蜡烛缓缓地伸进烧杯内.看到矮的蜡烛先灭,高的蜡烛后灭.实验的节奏和现象完全可由演示者按意愿控制,不受时间因素干扰.实验以简便的操作、准确的现象和科学的结论,征服了亲临课堂的省级评委组的每一位专家.演示者完全拥有现象的掌控权,操作十分方便自如,变蜡烛的静态为动态,可视性极强.实验的成功率100%.非常科学严密地体现了蜡烛不支持燃烧的灭火性质.

平心而论,九年级化学教材中有许多经典实验,实验方法被长期传承和运用.但不排除有的实验存在诸如操作不便、严密性差、现象不稳固等瑕疵.化学教师应以科学创新的态度去审视每一个实验,勤于反思,善于琢磨,精于研究,勇于创新,使教学行为变得更加有效.

(责任编辑:廖银燕)