初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)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(jiàn)蠟燭由下而上依次熄滅。
�、贫趸寄苋苡谒�。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?jī)?nèi)壓強(qiáng)變小而出現(xiàn)內(nèi)陷現(xiàn)象。
�、嵌趸寄芎退磻�(yīng)，生成碳酸。
碳酸能使?jié)駶?rùn)的紫色石蕊試紙變紅色。
碳酸很不穩(wěn)定，受熱或濃度較高時(shí)易分解。
將變紅色的石蕊試紙加熱，試紙又變成紫色。
�、榷趸寂c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(yàn)室檢驗(yàn)二氧化碳的常用方法。
2．實(shí)驗(yàn)儀器：燒杯、塑料瓶、集氣瓶、噴壺、試管等。
實(shí)驗(yàn)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：
�、庞描F片彎成一個(gè)小階梯，用酒精燈稍加熱。將兩支長(zhǎng)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(shuō)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(shí)驗(yàn)時(shí)，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(shí)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(huì)繼續(xù)燃燒。教師最好事先做幾次，體驗(yàn)一下傾倒速度。以保證實(shí)驗(yàn)的成功。
�、朴盟芰掀渴占黄慷趸迹谷爰s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(qiáng)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(shuō)明石蕊試液遇酸變紅色；
向第二朵小花噴水，紙花不變色。說(shuō)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(shuō)明二氧化碳不能使石蕊變色。
第四朵紙花先噴水濕潤(rùn)，再放入集滿二氧化碳的集氣瓶中。紙花變紅色。說(shuō)明此時(shí)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(shuō)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(píng)價(jià)：
�、艃A倒二氧化碳的實(shí)驗(yàn)需要有一定的經(jīng)驗(yàn)，不易成功。該實(shí)驗(yàn)燒杯容積要適當(dāng)，過(guò)小，倒入的二氧化碳很快充滿整個(gè)燒杯，導(dǎo)致上下蠟燭幾乎同時(shí)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。
�、谱C明二氧化碳溶解性實(shí)驗(yàn)效果明顯，操作簡(jiǎn)便，效果很好。
�、嵌趸寂c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(shí)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(shí)，由于噴霧的不均勻，紙花上出現(xiàn)紅色斑點(diǎn)，而不是均一的紅色。
�、榷趸己褪宜磻�(yīng)時(shí)，通入二氧化碳的時(shí)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(kāi)發(fā)：
�、艦楸苊鈨A倒二氧化碳失敗，可將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行如下改進(jìn)，如圖17-4。點(diǎn)燃階梯上蠟燭，從導(dǎo)管中通入二氧化碳，一會(huì)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(shí)間差太小，不易分辨。
�、谱C明二氧化碳的密度大，可選用以下實(shí)驗(yàn)。
�、偃鐖D17-5所示。在鐵架臺(tái)上掛兩個(gè)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。
�、谌鐖D17-6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。
�、廴∫恢淮蟮目諢�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(dòng)滴管頭，讓空氣泡落入充滿二氧化碳的大燒杯內(nèi)。空氣汽可以二氧化碳中飄浮一段時(shí)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(gè)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：
�、拍芊裼萌贾緱l熄滅要驗(yàn)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(yàn)，測(cè)得如下數(shù)據(jù)。
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編號(hào)
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Ⅰ
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Ⅱ
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Ⅲ
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Ⅳ
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Ⅴ
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CO2體積（%）
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80
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60
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40
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20
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10
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空氣體積（%）
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20
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40
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60
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80
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90
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木條燃燒情況
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熄滅
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熄滅
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熄滅
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時(shí)燃時(shí)熄
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安靜燃燒
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實(shí)驗(yàn)證明，只有二氧化碳在空氣中的體積分?jǐn)?shù)高于20%時(shí)，燃著的木條就會(huì)熄滅。可見(jiàn)，用燃著的木條試驗(yàn)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(yàn)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。
�、贫趸嫉膰娙獙�(shí)驗(yàn)。
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(tái)上。用手?jǐn)D壓膠頭滴管的膠頭，將澄清石灰水?dāng)D入燒瓶?jī)?nèi)，打開(kāi)止水夾�？梢�(jiàn)到澄清石灰水順導(dǎo)管逆流入燒瓶?jī)?nèi)，并形成乳白色的"噴泉"。如圖17-9。
該實(shí)驗(yàn)不僅能說(shuō)明二氧化碳可以與石灰水反應(yīng)，而且具有很強(qiáng)的視覺(jué)沖擊力，對(duì)于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)生興趣很有效果。
�、嵌趸疾荒苤С秩紵龁幔�
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(diǎn)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(shí)，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(diǎn)燃條件下，與二氧化碳發(fā)生劇烈的反應(yīng)而燃燒。
可見(jiàn)，說(shuō)二氧化碳不能燃燒也不支持燃燒，并不是絕對(duì)的。
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