二氧化碳制备与性质实验一体化微型实验设计

2010级本科生：廖小红

指导教师：衷明华

二氧化碳的制备与性质实验是现行人教版初中化学教科书中比较重要的一个实验，能否做好实验直接影响学生对二氧化碳性质的掌握，然而在常规实验中无论是教师的演示实验还是学生的自主实验仍存在以下不妥之处：

（1）实验难以控制。常规实验中二氧化碳的制备难以随时控制反应的进行与停止，且由于粉末状碳酸钠与稀盐酸反应时接触面积大，反应太快，不易收集，因而影响教学效果与教学进度的安排。

（2）实验比较烦琐。常规二氧化碳性质实验是分步进行的，这样势必造成药品用量多，耗时长。

（3）如下有两个常规装置，如图1和图2所示。利用图1的装置实验时，首次加入稀盐酸的量必须足够多，以使长颈漏斗的下端插入液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗中逸出；这样实验一开始产生大量的二氧化碳，如果来不及收集会造成一定程度的浪费。利用图2的装置实验时，所用稀盐酸一次性加入，消耗完后，如果要继续制取二氧化碳，就得先把装置拆开，把剩余的试剂倒出，再添加药品继续实验，操作十分不便注1。

注1：赵东洋，焦国芬.CO2制取和性质实验的微型化设计［J］.云南教育，2009（3）：17.

针对以上问题，笔者利用微型仪器将实验进行了改进。微型化学实验是一种使用微型仪器，实现实验操作简单化、药品节约化及过程安全化的实验方法，而且微型仪器精巧，更能激发学生参与实验的兴趣。具体改进方案如下。

一 实验的改进

1.实验用品

（1）仪器：具支U形管1支、内套管1个、注射器1支、V形侧泡反应管1支、橡胶塞2个、橡胶管1段、多用塑料滴管1支。

（2）药品及试剂：大理石（或块状石灰石）、稀盐酸、紫色石蕊试剂、澄清石灰水。

2.实验装置图

实验装置图如下所示（略去铁架台和铁夹）：

3.实验步骤与现象

（1）连接好装置，检验装置的气密性：如图3所示，在U形管里加入适量的自来水，右端用一橡胶塞塞住，左端连接一带着橡胶塞的注射器，拉动注射器，观察U形管中水的高度变化，如果装置气密性良好，U形管中的水会随着注射器的拉动而产生左右液面高度差。

（2）将3～4颗大理石加入U形管的内套管中，右端口塞上橡胶塞，注射器吸入稀盐酸，插入橡胶塞中，塞在左端口处；在U形侧管用橡胶管连接一V形侧泡反应管，于V形侧泡反应管的中间凹面（第一个凹面和第三个凹面都作为缓冲区，第一个凹面是为了预防稀盐酸涌出，第三个凹面是防止紫色石蕊试剂冲到澄清石灰水处）加入紫色石蕊试剂（紫色石蕊试剂用于检验二氧化碳与水反应生成碳酸），以及在反应管V形处加入澄清石灰水。

（3）实验开始，压下注射器，往U形管中注入稀盐酸，反应快速进行，产生大量气泡。气体通过一小段时间后，可观察到紫色石蕊试剂由紫色变为红色，同时澄清石灰水由澄清变混浊。二氧化碳的这些性质在短时间就检验完成了，这时左边发生装置还会产生气体，那么我们可以将左边的注射器往上拉，则稀盐酸脱离大理石使气体产生终止。

二 改进后的优点

（1）将二氧化碳的制备与性质检验连为一体，简化实验步骤。

（2）利用微型仪器反应空间小的优点，通过在U形管的一端连接一个注射器控制反应体系的压强，使大理石与稀盐酸脱离，从而控制反应的进行与停止，且便于实验现象的观察。

（3）实验操作微型化，便于学生自己动手操作，具有节约药品、实验容易控制、成功率高、二氧化碳排放量少等优点，有利于培养学生的创新精神和环境保护意识。

三 注意事项

（1）不能用碳酸钠（或大理石粉末）代替碳酸钙（大理石），因为反应速率太快，不易控制。

（2）不能用浓盐酸代替稀盐酸，因为浓盐酸易挥发，与二氧化碳混合，得到的气体不纯。

（3）不能用稀硫酸代替稀盐酸，因为稀硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙，不溶于水，覆盖在大理石（或石灰石）表面，阻止反应进行。