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初中化學(xué)實驗設(shè)計之三氧化碳性質(zhì)的探究
1.化學(xué)反應(yīng)原理：
⑴一般情況下，二氧化碳不能燃燒也不能支持燃燒，二氧化碳的密度比空氣大，是空氣密度的1.5倍，故二氧化碳可以滅火。將二氧化碳傾倒入盛有高低不同的兩支蠟燭的燒杯中，可見蠟燭由下而上依次熄滅。
⑵二氧化碳能溶于水。在集滿二氧化碳的塑料瓶中，加入水振蕩，二氧化碳溶解，致瓶內(nèi)壓強變小而出現(xiàn)內(nèi)陷現(xiàn)象。
⑶二氧化碳能和水反應(yīng)，生成碳酸。
碳酸能使?jié)駶櫟淖仙镌嚰堊兗t色。
碳酸很不穩(wěn)定，受熱或濃度較高時易分解。
將變紅色的石蕊試紙加熱，試紙又變成紫色。
⑷二氧化碳與石灰水中的氫氧化鈣反應(yīng)，生成難溶性的碳酸鈣而使溶液變渾濁。這是室驗室檢驗二氧化碳的常用方法。
2.實驗儀器：燒杯、塑料瓶、集氣瓶、噴壺、試管等。
實驗藥品：二氧化碳、蠟燭、石蕊試紙、水、新配制的澄清石灰水等。
3.探究方案：
⑴用鐵片彎成一個小階梯，用酒精燈稍加熱。將兩支長短相同的蠟燭趁熱按在鐵片上，待冷卻后，蠟燭即固定在鐵片上了。將此置于燒杯中。手握集氣瓶，將其中新收集的二氧化碳順燒杯壁緩緩傾倒入燒杯同，可看到小蠟燭由下而上熄滅。如圖17-1。由此說明二氧化碳不能燃燒也不能支持燃燒，密度比空氣大。
做此實驗時，收集的二氧化碳要盡可能滿，盡可能純凈。集氣瓶用較大的為宜。傾倒時要沿杯壁往下倒，太快上下蠟燭一道熄滅，太慢，下面的蠟燭熄滅了，上面的蠟燭還會繼續(xù)燃燒。教師最好事先做幾次，體驗一下傾倒速度。以保證實驗的成功。
⑵用塑料瓶收集一瓶二氧化碳，倒入約三分之一體積的水，立即旋緊瓶蓋，振蕩。觀察到塑料內(nèi)陷。如圖17-2。證明二氧化碳能溶于水。
⑶用吸水性較好且有一度強度的紙折四朵小花，將其完全浸入石蕊試液中，取出晾干后，再浸入石蕊試液中，取出晾干。直到紙花變成明顯的紫色為止。
向第一朵小花上噴稀醋酸(或稀鹽酸等)，紙花變紅色。說明石蕊試液遇酸變紅色;
向第二朵小花噴水，紙花不變色。說明水不能使石蕊變紅色;
將第三朵紙花放入集滿二氧化碳的集氣瓶中。紙花也不變色，說明二氧化碳不能使石蕊變色。
第四朵紙花先噴水濕潤，再放入集滿二氧化碳的集氣瓶中。紙花變紅色。說明此時有酸存在，是二氧化碳與水反應(yīng)的產(chǎn)物碳酸，如圖17-3。
取出第一朵和第四朵變色的紙花，分別放在酒精燈火焰上加熱。第一朵紙花不變色，第四朵紙花變紫色。由此說明碳酸不穩(wěn)定，遇熱分解。
⑷在試管中取5mL左右的澄清石灰水，通入二氧化碳，石灰水變渾濁。
4.探究評價：
⑴傾倒二氧化碳的實驗需要有一定的經(jīng)驗，不易成功。該實驗燒杯容積要適當(dāng)，過小，倒入的二氧化碳很快充滿整個燒杯，導(dǎo)致上下蠟燭幾乎同時熄滅。燒杯太大，二氧化碳量不足，下層蠟燭熄滅而上層蠟燭繼續(xù)燃燒。燒杯宜以150mL，集氣瓶用250mL為宜。
⑵證明二氧化碳溶解性實驗效果明顯，操作簡便，效果很好。
⑶二氧化碳與水的反應(yīng)中，紙花的制作有一定的難度。紙質(zhì)太軟，浸泡時紙張易泡化，紙花不成形，紙質(zhì)太硬，石蕊在紙花上不易形成較均一的紫色。向紙花上噴酸時，由于噴霧的不均勻，紙花上出現(xiàn)紅色斑點，而不是均一的紅色。
⑷二氧化碳和石灰水反應(yīng)時，通入二氧化碳的時間要控制好。出現(xiàn)明顯的渾濁即停止通入二氧化碳。若繼續(xù)通入，二氧化碳與碳酸鈣繼續(xù)反應(yīng)，生成可溶性的碳酸氫鈣，溶液又變澄清。
5.資源開發(fā)：
⑴為避免傾倒二氧化碳失敗，可將實驗進(jìn)行如下改進(jìn)，如圖17-4。點燃階梯上蠟燭，從導(dǎo)管中通入二氧化碳，一會兒就可看到下層蠟燭熄滅，然后上面的蠟燭熄滅。當(dāng)然，通入二氧化碳的速度不可太快，太快蠟燭熄滅的時間差太小，不易分辨。
⑵證明二氧化碳的密度大，可選用以下實驗。
①如圖17-5所示。在鐵架臺上掛兩個紙袋(或塑料袋)，調(diào)整，其其平衡。向右邊的紙袋內(nèi)倒入二氧化碳，可明顯看到杠桿向右側(cè)傾斜。從面證明二氧化碳的密度比空氣大。
②如圖17-6所示。取一只天平，在天平左邊放一只250mL的燒杯，用砝碼平衡。再向燒杯內(nèi)倒入二氧化碳，可明顯看到天平向二氧化碳一側(cè)傾斜。以此證明二氧化碳的密度比空氣大。
③取一只大的空燒杯(1000mL以上，也可以用小塑料桶代替)，蓋上玻璃片，用向上排空氣法收集一杯二氧化碳?xì)怏w備用。
如圖17-7，用滴管頭醮些洗發(fā)精溶液，吹起空氣泡，輕輕擺動滴管頭，讓空氣泡落入充滿二氧化碳的大燒杯內(nèi)�？諝馄梢远趸贾酗h浮一段時間。證明二氧化碳的密度比空氣大。
如圖17-8所示。還可以用極薄的塑料袋吹成一個小氣球，放在大燒杯內(nèi)，再向燒杯底部能入二氧化碳。氣球能緩緩上升到燒杯口部，證明二氧化碳的密度比空氣大。
6.創(chuàng)新思維：
⑴能否用燃著木條熄滅要驗純二氧化碳?
用排稀酸法收集不同體積的二氧化碳和空氣的混合氣體，再用燃著的木條試驗，測得如下數(shù)據(jù)。
編號
Ⅰ
Ⅱ
Ⅲ
Ⅳ
Ⅴ
CO2體積（%）
80
60
40
20
10
空氣體積（%）
20
40
60
80
90
木條燃燒情況
熄滅
熄滅
熄滅
時燃時熄
安靜燃燒
實驗證明，只有二氧化碳在空氣中的體積分?jǐn)?shù)高于20%時，燃著的木條就會熄滅�？梢姡萌贾哪緱l試驗二氧化碳的純度是不可靠的。因此，用排空氣法收集二氧化碳并用燃著的木條驗純，不一定能得到較純的二氧化碳?xì)怏w。因此，要處到純凈的二氧化碳?xì)怏w，就應(yīng)該盡可能用排液體的方法收集。這些方法包括排飽和碳酸氫鈉溶液、排稀酸(如在水槽中滴幾滴稀鹽酸等)溶液等方法。
⑵二氧化碳的噴泉實驗。
在雙孔膠塞上插入一根帶止水夾的導(dǎo)管，用滴管吸入一管的新配制的澄清石灰水，插入膠塞內(nèi)。備用。
用燒瓶收集一瓶二氧化碳?xì)怏w，立即塞上帶導(dǎo)管和膠頭滴管的雙孔塞。導(dǎo)管插入盛有新配制的澄清石灰水的燒杯中。固定在鐵架臺上。用手?jǐn)D壓膠頭滴管的膠頭，將澄清石灰水?dāng)D入燒瓶內(nèi)，打開止水夾�？梢姷匠吻迨宜槍�(dǎo)管逆流入燒瓶內(nèi)，并形成乳白色的"噴泉"。如圖17-9。
該實驗不僅能說明二氧化碳可以與石灰水反應(yīng)，而且具有很強的視覺沖擊力，對于調(diào)動學(xué)生的學(xué)生興趣很有效果。
⑶二氧化碳不能支持燃燒嗎?
用坩堝鉗夾住一根用砂紙打磨光亮的鎂條，在酒精燈火焰上點燃，迅速伸入集滿二氧化碳的集氣瓶中，鎂條繼續(xù)燃燒，產(chǎn)生耀眼的白光，生成白色固體，同時，在集氣瓶壁出現(xiàn)黑色細(xì)小的顆粒物。這是由于鎂能在點燃條件下，與二氧化碳發(fā)生劇烈的反應(yīng)而燃燒。
可見，說二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒，并不是絕對的。
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