二氧化碳制備與性質實驗一體化微型實驗設計

2010級本科生：廖小紅

指導教師：衷明華

二氧化碳的制備與性質實驗是現行人教版初中化學教科書中比較重要的一個實驗，能否做好實驗直接影響學生對二氧化碳性質的掌握，然而在常規實驗中無論是教師的演示實驗還是學生的自主實驗仍存在以下不妥之處：

（1）實驗難以控制。常規實驗中二氧化碳的制備難以隨時控制反應的進行與停止，且由于粉末狀碳酸鈉與稀鹽酸反應時接觸面積大，反應太快，不易收集，因而影響教學效果與教學進度的安排。

（2）實驗比較煩瑣。常規二氧化碳性質實驗是分步進行的，這樣勢必造成藥品用量多，耗時長。

（3）如下有兩個常規裝置，如圖1和圖2所示。利用圖1的裝置實驗時，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；這樣實驗一開始產生大量的二氧化碳，如果來不及收集會造成一定程度的浪費。利用圖2的裝置實驗時，所用稀鹽酸一次性加入，消耗完后，如果要繼續制取二氧化碳，就得先把裝置拆開，把剩余的試劑倒出，再添加藥品繼續實驗，操作十分不便注1。

注1：趙東洋，焦國芬.CO2制取和性質實驗的微型化設計［J］.云南教育，2009（3）：17.

針對以上問題，筆者利用微型儀器將實驗進行了改進。微型化學實驗是一種使用微型儀器，實現實驗操作簡單化、藥品節約化及過程安全化的實驗方法，而且微型儀器精巧，更能激發學生參與實驗的興趣。具體改進方案如下。

一 實驗的改進

1.實驗用品

（1）儀器：具支U形管1支、內套管1個、注射器1支、V形側泡反應管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.實驗裝置圖

實驗裝置圖如下所示（略去鐵架臺和鐵夾）：

3.實驗步驟與現象

（1）連接好裝置，檢驗裝置的氣密性：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生左右液面高度差。

（2）將3～4顆大理石加入U形管的內套管中，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形側管用橡膠管連接一V形側泡反應管，于V形側泡反應管的中間凹面（第一個凹面和第三個凹面都作為緩沖區，第一個凹面是為了預防稀鹽酸涌出，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二氧化碳與水反應生成碳酸），以及在反應管V形處加入澄清石灰水。

（3）實驗開始，壓下注射器，往U形管中注入稀鹽酸，反應快速進行，產生大量氣泡。氣體通過一小段時間后，可觀察到紫色石蕊試劑由紫色變為紅色，同時澄清石灰水由澄清變混濁。二氧化碳的這些性質在短時間就檢驗完成了，這時左邊發生裝置還會產生氣體，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生終止。

二 改進后的優點

（1）將二氧化碳的制備與性質檢驗連為一體，簡化實驗步驟。

（2）利用微型儀器反應空間小的優點，通過在U形管的一端連接一個注射器控制反應體系的壓強，使大理石與稀鹽酸脫離，從而控制反應的進行與停止，且便于實驗現象的觀察。

（3）實驗操作微型化，便于學生自己動手操作，具有節約藥品、實驗容易控制、成功率高、二氧化碳排放量少等優點，有利于培養學生的創新精神和環境保護意識。

三 注意事項

（1）不能用碳酸鈉（或大理石粉末）代替碳酸鈣（大理石），因為反應速率太快，不易控制。

（2）不能用濃鹽酸代替稀鹽酸，因為濃鹽酸易揮發，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，因為稀硫酸與碳酸鈣反應生成硫酸鈣，不溶于水，覆蓋在大理石（或石灰石）表面，阻止反應進行。