王曉珍

摘要：為了達(dá)到較好的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)效果，以便學(xué)生能親手做、親眼看、親自悟，可以考慮在有關(guān)二氧化碳的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入干冰。通過(guò)實(shí)踐探索，發(fā)現(xiàn)干冰在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的作用：快速得到二氧化碳?xì)怏w，使課堂更有效率;方便開(kāi)展定量實(shí)驗(yàn)，從而引導(dǎo)學(xué)生宏觀和微觀相結(jié)合地思考，發(fā)展定量觀。

關(guān)鍵詞：初中化學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);干冰;高效;定量

二氧化碳是初中化學(xué)中重要的“三氣”（氫氣、氧氣、二氧化碳）之一，它的相關(guān)性質(zhì)是初中化學(xué)的重要知識(shí)。二氧化碳?xì)怏w在制取、保存、定量測(cè)定等方面的便捷性較差，為了獲得較好的實(shí)驗(yàn)和教學(xué)效果，以便學(xué)生能親眼看、親手做、親自悟，可以考慮在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入干冰（二氧化碳固體）。通過(guò)實(shí)踐探索，筆者發(fā)現(xiàn)，干冰在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中至少具有高效和定量?jī)煞矫娴淖饔谩?/p>

一、快速得到二氧化碳?xì)怏w

教材上二氧化碳?xì)怏w的實(shí)驗(yàn)室制法，以石灰石和稀鹽酸為原料，以錐形瓶、分液漏斗等為發(fā)生裝置，以200 mL塑料瓶為收集裝置。如果進(jìn)行分組制取實(shí)驗(yàn)，需耗費(fèi)大量藥品、時(shí)間，所以實(shí)際教學(xué)中，往往由教師演示實(shí)驗(yàn)。干冰作為固態(tài)二氧化碳，在常溫常壓下易升華，能夠快速得到大量的二氧化碳?xì)怏w，極大地提高效率。實(shí)際制取時(shí)，為加快干冰升華的速度，可將干冰碾碎成粉末，用藥匙將干冰粉末（約1 g）加入200 mL干燥的塑料瓶中，等到瓶中無(wú)干冰固體殘余，蓋緊瓶蓋，即集滿一瓶二氧化碳?xì)怏w。改進(jìn)后的方法不需制取裝置，且可以同時(shí)制取多瓶氣體，大大節(jié)約了學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)中制取二氧化碳?xì)怏w所需的時(shí)間。

侯氏制堿法是二氧化碳在工業(yè)上的一個(gè)重要應(yīng)用，是中國(guó)化工史上的巨大成就。實(shí)驗(yàn)室模擬侯氏制堿法，一般使用常規(guī)的藥品制取二氧化碳?xì)怏w（如碳酸鈣與鹽酸，還需要連接裝有飽和碳酸氫鈉溶液的洗氣瓶，以除去揮發(fā)的氯化氫）。將產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w通入15 mL飽和氨鹽水中，約30分鐘后有白色固體（碳酸鈉）出現(xiàn)。因時(shí)間較長(zhǎng)，課堂教學(xué)中一般采用播放視頻的方式呈現(xiàn)。對(duì)此，考慮用干冰來(lái)產(chǎn)生二氧化碳?xì)怏w。將15 mL飽和氨鹽水倒入200 mL塑料瓶（帶氣球緩沖裝置）中，然后加入10 g干冰，再迅速振蕩塑料瓶?？捎^察到，反應(yīng)一開(kāi)始干冰升華得到二氧化碳?xì)怏w，導(dǎo)致氣球膨大;充分振蕩后二氧化碳?xì)怏w被吸收，氣球縮小。約3分鐘后，10 g干冰升華完畢，瓶?jī)?nèi)生成大量白色固體。改進(jìn)后的方法，省去了二氧化碳?xì)怏w的制取和除雜裝置;同時(shí)，干冰升華吸熱，省去了用來(lái)冷卻的冰水浴裝置;帶氣球緩沖裝置的塑料瓶可以密封，省去了尾氣處理裝置。干冰升華產(chǎn)生二氧化碳的速度遠(yuǎn)快于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室制法，大大縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。

二、方便開(kāi)展定量實(shí)驗(yàn)

干冰比二氧化碳?xì)怏w容易稱量。在復(fù)習(xí)課上研究二氧化碳與石灰水反應(yīng)中的定量關(guān)系時(shí)，可利用這一點(diǎn)設(shè)計(jì)定量實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的定量觀。教學(xué)片段如下：

師我們知道二氧化碳和氫氧化鈣的反應(yīng)會(huì)因?yàn)槎趸剂康牟煌a(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。請(qǐng)一位同學(xué)具體說(shuō)一說(shuō)。

生只有少量二氧化碳時(shí)，生成碳酸鈣，出現(xiàn)白色渾濁;二氧化碳過(guò)量時(shí)，碳酸鈣會(huì)與二氧化碳和水反應(yīng)，生成溶于水的碳酸氫鈣，白色沉淀消失。

師我們來(lái)做一做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。為了得到我們想要的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)前我們需要知道“少量”和“過(guò)量”到底是多少？現(xiàn)在有一瓶100 g的飽和石灰水（常溫時(shí)，氫氧化鈣的溶解度約為0.165g），裝在帶氣球緩沖裝置的錐形瓶中，我們來(lái)推導(dǎo)一下，給出一個(gè)指導(dǎo)量。

生一開(kāi)始發(fā)生的反應(yīng)為Ca（OH）2+CO2=CaCO3↓+H2O，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，通入約0.1 g二氧化碳?xì)怏w時(shí)，沉淀CaCO3的量最大。繼續(xù)通入二氧化碳?xì)怏w，此時(shí)發(fā)生的反應(yīng)為CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2，計(jì)算后發(fā)現(xiàn)，再通入約0.1 g二氧化碳?xì)怏w，沉淀恰好溶解。

師二氧化碳?xì)怏w的質(zhì)量較難稱量，我們今天用干冰和電子天平來(lái)驗(yàn)證一下，看看你的結(jié)論是否正確。

（學(xué)生稱取0.1 g干冰后放入錐形瓶中，發(fā)現(xiàn)隨著干冰的消失，沉淀越來(lái)越多;再加入0.1 g干冰，發(fā)現(xiàn)隨著干冰的消失，沉淀越來(lái)越少，干冰消失后振蕩，溶液也變?yōu)槌吻?。?/p>

在該過(guò)程中，學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)原理中的定量關(guān)系進(jìn)行計(jì)算，利用干冰替代二氧化碳?xì)怏w，證實(shí)計(jì)算結(jié)果與宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象一致，初步體會(huì)理論到實(shí)踐以及被證實(shí)的成就感。

后續(xù)學(xué)習(xí)中，教師可帶領(lǐng)學(xué)生分析反應(yīng)過(guò)程中碳元素的化合價(jià)在反應(yīng)前后有沒(méi)有改變，也可利用碳酸鈣、碳酸氫鈣中鈣元素、碳元素之間的定量關(guān)系及其對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式（符號(hào)表征）來(lái)推導(dǎo)宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的本質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)以及定量觀的發(fā)展。

此外，干冰升華吸熱會(huì)使水蒸氣冷凝，形成“云蒸霞蔚”的奇妙景象，這是干冰趣味實(shí)驗(yàn)的主要原理。這樣的現(xiàn)象作為“二氧化碳”教學(xué)的導(dǎo)入環(huán)節(jié)，可以令學(xué)生產(chǎn)生深刻印象，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。