二氧化碳制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化微型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

2010級本科生：廖小紅

指導(dǎo)教師：衷明華

二氧化碳的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是現(xiàn)行人教版初中化學(xué)教科書中比較重要的一個實(shí)驗(yàn)，能否做好實(shí)驗(yàn)直接影響學(xué)生對二氧化碳性質(zhì)的掌握，然而在常規(guī)實(shí)驗(yàn)中無論是教師的演示實(shí)驗(yàn)還是學(xué)生的自主實(shí)驗(yàn)仍存在以下不妥之處：

（1）實(shí)驗(yàn)難以控制。常規(guī)實(shí)驗(yàn)中二氧化碳的制備難以隨時控制反應(yīng)的進(jìn)行與停止，且由于粉末狀碳酸鈉與稀鹽酸反應(yīng)時接觸面積大，反應(yīng)太快，不易收集，因而影響教學(xué)效果與教學(xué)進(jìn)度的安排。

（2）實(shí)驗(yàn)比較煩瑣。常規(guī)二氧化碳性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是分步進(jìn)行的，這樣勢必造成藥品用量多，耗時長。

（3）如下有兩個常規(guī)裝置，如圖1和圖2所示。利用圖1的裝置實(shí)驗(yàn)時，首次加入稀鹽酸的量必須足夠多，以使長頸漏斗的下端插入液面以下，防止生成的氣體從長頸漏斗中逸出；這樣實(shí)驗(yàn)一開始產(chǎn)生大量的二氧化碳，如果來不及收集會造成一定程度的浪費(fèi)。利用圖2的裝置實(shí)驗(yàn)時，所用稀鹽酸一次性加入，消耗完后，如果要繼續(xù)制取二氧化碳，就得先把裝置拆開，把剩余的試劑倒出，再添加藥品繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，操作十分不便注1。

注1：趙東洋，焦國芬.CO2制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化設(shè)計(jì)［J］.云南教育，2009（3）：17.

針對以上問題，筆者利用微型儀器將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改進(jìn)。微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一種使用微型儀器，實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作簡單化、藥品節(jié)約化及過程安全化的實(shí)驗(yàn)方法，而且微型儀器精巧，更能激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣。具體改進(jìn)方案如下。

一 實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)用品

（1）儀器：具支U形管1支、內(nèi)套管1個、注射器1支、V形側(cè)泡反應(yīng)管1支、橡膠塞2個、橡膠管1段、多用塑料滴管1支。

（2）藥品及試劑：大理石（或塊狀石灰石）、稀鹽酸、紫色石蕊試劑、澄清石灰水。

2.實(shí)驗(yàn)裝置圖

實(shí)驗(yàn)裝置圖如下所示（略去鐵架臺和鐵夾）：

3.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

（1）連接好裝置，檢驗(yàn)裝置的氣密性：如圖3所示，在U形管里加入適量的自來水，右端用一橡膠塞塞住，左端連接一帶著橡膠塞的注射器，拉動注射器，觀察U形管中水的高度變化，如果裝置氣密性良好，U形管中的水會隨著注射器的拉動而產(chǎn)生左右液面高度差。

（2）將3～4顆大理石加入U形管的內(nèi)套管中，右端口塞上橡膠塞，注射器吸入稀鹽酸，插入橡膠塞中，塞在左端口處；在U形側(cè)管用橡膠管連接一V形側(cè)泡反應(yīng)管，于V形側(cè)泡反應(yīng)管的中間凹面（第一個凹面和第三個凹面都作為緩沖區(qū)，第一個凹面是為了預(yù)防稀鹽酸涌出，第三個凹面是防止紫色石蕊試劑沖到澄清石灰水處）加入紫色石蕊試劑（紫色石蕊試劑用于檢驗(yàn)二氧化碳與水反應(yīng)生成碳酸），以及在反應(yīng)管V形處加入澄清石灰水。

（3）實(shí)驗(yàn)開始，壓下注射器，往U形管中注入稀鹽酸，反應(yīng)快速進(jìn)行，產(chǎn)生大量氣泡。氣體通過一小段時間后，可觀察到紫色石蕊試劑由紫色變?yōu)榧t色，同時澄清石灰水由澄清變混濁。二氧化碳的這些性質(zhì)在短時間就檢驗(yàn)完成了，這時左邊發(fā)生裝置還會產(chǎn)生氣體，那么我們可以將左邊的注射器往上拉，則稀鹽酸脫離大理石使氣體產(chǎn)生終止。

二 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）將二氧化碳的制備與性質(zhì)檢驗(yàn)連為一體，簡化實(shí)驗(yàn)步驟。

（2）利用微型儀器反應(yīng)空間小的優(yōu)點(diǎn)，通過在U形管的一端連接一個注射器控制反應(yīng)體系的壓強(qiáng)，使大理石與稀鹽酸脫離，從而控制反應(yīng)的進(jìn)行與停止，且便于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察。

（3）實(shí)驗(yàn)操作微型化，便于學(xué)生自己動手操作，具有節(jié)約藥品、實(shí)驗(yàn)容易控制、成功率高、二氧化碳排放量少等優(yōu)點(diǎn)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和環(huán)境保護(hù)意識。

三 注意事項(xiàng)

（1）不能用碳酸鈉（或大理石粉末）代替碳酸鈣（大理石），因?yàn)榉磻?yīng)速率太快，不易控制。

（2）不能用濃鹽酸代替稀鹽酸，因?yàn)闈恹}酸易揮發(fā)，與二氧化碳混合，得到的氣體不純。

（3）不能用稀硫酸代替稀鹽酸，因?yàn)橄×蛩崤c碳酸鈣反應(yīng)生成硫酸鈣，不溶于水，覆蓋在大理石（或石灰石）表面，阻止反應(yīng)進(jìn)行。