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1、探究实验设计之测定空气中氧气的含量1.化学反应原理如图5 T所示，利用磷燃烧消耗空气中的氧气，从而使容器内形成负底打开止水夹后,水进入容器内。进入容器中的水的体积，可粗略地认为是空气中所含氧气的体积。4P+5O?2P2O52.实验仪器：集气瓶、燃烧匙、烧杯、玻璃管、乳胶管、止水夹。实验药品：红磷、水。3.探究方案：在集气瓶中放入少是水（用于溶解生成的五氧化二磷，同时可吸收燃烧产生的热，有利于瓶内降温），做上记号，并将瓶内剩余体积均分为五等分。用止水夹夹紧乳胶管，点燃燃烧匙内的红磷后，立即伸入集气瓶中并把塞子塞紧。观察到红磷燃烧，产生浓厚的白烟。红磷熄灭后，冷却至室温，打开止不夹，观察到水进入集
2、气瓶内，最终水面在五分之一记号处。4.探究评价:该探究实验在反应原理上就存在错误。我们都知道反应物浓度越小，反应的速率越慢。当燃烧持续进行时，氧气的浓度越来越小，氧化的速率也越来越小。一旦燃烧放出的热量不足以维持可燃物在着火点以上温度时，燃烧便停止了。这也是有些物质不能在空气中燃烧，但能在氧气中燃烧的原因。因此，从这个意义上说，利用燃烧试图除尽空气中的氧气，是很难达到目的的。维持红磷燃烧需要的氧气浓度相对较高，因此就更无法除尽氧气了。很多教师在做该实验时，都发现，最终水面停在十分之一处，而不是五分之一处，原因就在于此。该实验装置可能发生气体泄漏的地方太多，加之燃烧的红磷伸入集气瓶中加热了内部的
3、空气，使之外逸，都会导致实验的误差。要做好该实验，关键要注意以下几点：用更易燃烧的可燃物代替打磷（如白磷）；装置的气密性要好；燃烧匙伸入集气瓶中的速度要快，并塞紧塞子。5.资源开发：通过刚才的分析，我们知道，在做好本探究实验除用白磷代替红磷外，就是尽可能防止或减少气体泄漏的可能。我们可以利用以下装置来进行探究：用凸透镜将太阳光聚焦到白磷，使白磷燃烧。此法可以防止燃烧匙伸入集气瓶时气体的散逸。如图5-2 o用水浴加热的办法使白磷燃烧，也可以防止燃烧匙伸入集气瓶内气体的散逸。白磷的着火点仅40 ,水温稍高，足以使白磷着火燃烧。如图5-3。做此实验时，盛白磷的广口瓶不能直接放入沸水中，也以免广口瓶因
4、骤热而爆裂。可先用温水淋浴后，再将热水注入外面的大烧杯中。用钟罩代替集气瓶进行实验，如图5-4所示。钟罩下方敞口，气体受热膨胀时，可将水压出一部分从产生减压作用。用此法既减少了气体泄漏的可能，准确性比原实验方案高。（4）在一端封闭的粗玻璃管内放一颗白磷，用胶塞塞住，并使从推入到玻璃管中部，记下位置。用酒精灯微微加热白磷，使之燃烧，同样可观察到白磷燃烧，有大量白烟生成，胶塞被推向外侧（右侧）。待装置冷却，胶塞逐渐向内侧（左侧）移动，根据胶塞停止时的位置，确定空气中氧气的体积。如图5-5。这种方法在不透气的情况下进行，几乎可以完全防止漏气。但要注意的是，胶塞在干燥条件下很难塞入玻璃管内，可蘸少量水
5、后向管内推入；推入时，还须在胶塞上插一根注射器针头，以便排出气体，待胶塞推到合适位置时，拔出针头即可。做该实验时，玻璃管不宜太短，太短，加热时胶塞会被推出管外。6.创新思维：利用缓慢氧气测定氧气的体积分数如 图 5-6 所示，取 长 1 0 c m,宽 1.5 c m 的铝箔，用细线系好。在其表面涂一层硝酸汞的药液，立即用滤纸将铝箔擦干，迅速放入粗玻璃管中，悬于玻璃管上部，立即插入盛水的小一水烧杯中，塞上塞子，静置观察。图&6铝跟空气中的氧气反应放出的热，使玻璃管壁变得温热；玻璃管内水位慢慢上升，l O m i n 左右，水位上升停止。进入的水的体积约为玻璃管未浸入水中部分容积的1/5。进行该
6、实验时，应当注意：硝酸汞溶液的浓度要大。铝箔表面涂硝酸汞溶液后要立即用滤纸擦干后再放入试管中，否则，铝跟硝酸汞反应置换出来的汞，在形成铝汞齐的条件下，铝会跟水反应产生氢气，使测定出的氧气体积分数偏低。利用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数蜡烛燃烧产生二氧化碳气体，常温下二氧化碳仅微溶于水，且溶解速度比较慢，因此一般不用蜡烛燃烧测定氧气的体积分数。但若能吸收二氧化碳，此法也不失为一种简便的方法。而且蜡烛易燃烧，取材方便，可鼓励学生在家自己动手实验。如图5-7所示，在水槽中盛适量的稀氢氧化钠溶液，并滴入2 3滴酚献试液，在小木片上固定一只短蜡烛（普通蜡烛1 c m,生日蜡烛2 3 c m）,用火柴点燃蜡烛
7、。图把集气瓶倒扣在小木块上方，并将瓶口水封。几秒钟后，蜡烛火焰熄灭，水位上升。且进入瓶中的液体变红色。在水下用玻片盖上集气瓶，取出，量得集气瓶中水的体积，约为集气瓶容积的1/5。若学生在家做此实验，可用茶杯代替集气瓶，用石灰水代替稀氢氧化钠溶液（若无石灰水，用清水效果也很好）。该实验简便、粗略，可多次重复，容易被学生接受。缺点是，在盖上集气瓶开始时，由于气体膨胀，有气泡从瓶口冒出，导致实验测得的值偏大。用加热氧化法测空气成分把长约2 c m 的一束细铜丝装进一根长约5 6 c m 的普通玻璃管中部，两端用两节橡皮管分别跟两只注射器（其中一只注射器留出5 0 m L 空气，另一只注射器不留空气）
8、连接起来，使之成为一个密闭系统（如图5-8）。推动注射器活塞，空气可以通过装铜丝的玻璃管在两只注射器间来回传送，不会泄漏。铜丝旧 I LLLP 加 二 i I I I I（口图5-8给装有细铜丝的玻璃管加热，待铜丝的温度升高以后，缓缓地交替推动两只注射器的活塞，使空气在铜丝上来回流动。经过5 6次以后，空气里的氧气可以全部与铜结合。停止加热，冷至室温，读出残留的注射器里气体的体积数。减少的体积即为5 0 m L 空气中所含氧气的体积。由此可以推算出空气中氧气的体积分数。做该实验时，要注意注射器不宜太小，太小体积变化不大，现象不明显。探究实验设计之对蜡烛及其燃烧的探究1.化学反应原理蜡烛由石蜡和
9、绵芯组成，主要反应是石蜡与空气中的氧气发生的氧化反应。石蜡的主要成分是固态烷烧类物质的混合物，其中二十二碳烷和二十八碳烷含量最高。2Q2H4”+67。2 44CO；4-461 hO2c2x1【外+7502 56CO2+58H2O反应过程中，伴随有熔化、放热、发光等现象。由于石蜡中固态烷烧中碳的质量分数高，在空气中较难充分燃烧，故反应过程中有少量的黑烟生成。2c22H#+2302 盘=44C+46H q2C2SH5X+29O2=H=56C4-58H;O烛焰也分三层，最内层几乎不能接触空气（氧气），没有发生燃烧，故焰心部分基本上由石蜡蒸气组成，颜色很浅，呈浅蓝色；中间部分接触空气（氧气），但接触不
10、充分，产生不完全燃烧，有大量固体的炭粒产生，故温度不太高，但由于固体颗粒受热激发发生较明亮的可见光，因此，内焰部分最明亮，呈明亮的黄色火焰；外层接触空气（氧气）充分，燃烧完全，基本不产生固体颗粒，因此火焰颜色很淡（几乎不易观察到或显较浅的橙红色），但由于燃烧充分，产生的热量多，故温度最高。2.实验仪器：烧杯、玻璃片、火柴。实验药品：蜡烛、澄清石灰水。3.探究方案：点燃前探究：观察蜡烛的外观（包括颜色、状态、形态、组成、结构、硬度、密度等）。蜡烛由石和棉芯组成；常做成圆柱状；石蜡本身是半透明状的白色，一般的蜡烛因添加了不同颜料而呈不同的颜色，最常见的是本色或红色；可做成不同的形状；硬度小，可用小
11、刀切割；取一小块放入水中，石蜡浮在水层上，说明密度比水小。燃 着 时 探 究：点燃蜡烛，观察石蜡的熔化、蜡烛被点燃及燃烧现象，观察火焰的分层情况等。用燃着的火柴慢慢靠近烛芯，观察蜡烛的熔化到被点燃的过程。蜡烛火焰的外焰的亮度太低，不易观察。因此，要引导学生认真观察。用火柴梗平放入烛焰中，火柴梗外侧碳化，说明蜡烛火焰外层（外焰）温度最高（如图 3-1）。用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方，可观察到烧杯内壁有液滴出现，说明蜡烛燃烧时有水生成（如 图 3-2）；将烧杯迅速翻转，倒入适量的澄清石灰水，振荡，可看到石灰水变浑浊，说明有二氧化碳生成。图 3-1 图 3-2 图 33熄灭时探究：吹灭蜡烛，并用火柴
12、点燃刚熄灭时的“白烟”，蜡烛恢复燃烧，说明“白烟”是可燃性气体（其实是石蜡蒸气在空气中凝结成的微小悬浮颗粒）。在做此操作时应注意，点燃的速度要快，稍慢，蜡烛冷却，不再产生蒸气，就很难点燃了；二是，火柴火焰不可离烛芯太远，距离越大，石蜡蒸气浓度越小，越难点燃。（如图3-3）4.探究评价：该探究实验现象比较明显，操作比较简单，探究的深度也比较低，学生容易完成。为激发学生探究积极性，教师可鼓励学生增加探究的内容。但由于季节问题，做该探究实验时，正值九月，天气炎热，探究有水生成的实验可能现象不明显。可鼓励学生在家里将玻璃片放入冰箱中稍冷却（不可过分冷却，玻璃片温度太低，放在空气中就能导致空气中水蒸气的
13、凝结）。5.资源开发：蜡烛是家庭常见的物品，可鼓励学生在家里增加探究项目。（1）探究石蜡的熔点：从蜡烛上切下一块石蜡，投入刚烧开的沸水中，观察到石蜡熔化，说明石蜡的熔点低。探究烛焰焰心部分气体：点燃蜡烛，等蜡烛燃烧较旺时，用镶子夹持一根34 cm的玻璃管，伸入烛焰的焰心部位，将焰心部位气体导出，用火柴点燃。如图3-4所示。可看出气体被点燃，说明蜡烛的焰心部位主要由石蜡蒸气组成。图 3-4图 35探究烛芯对蜡烛燃烧的影响：在小铁盒中加入适量的石蜡，用火柴点燃，观察点燃的难易 程 度（一般不易点燃）；在石蜡中插入一根棉线（或其他可燃性的条状物，如秸秆、细火柴梗等），再用火柴点燃，观察点燃的难易程度
14、（只要所用烛芯干燥，一般很容易点燃）。（4）探究蜡烛燃烧所生成黑烟的性质：点燃蜡烛，观察烛焰上方产生黑烟。取瓷质碗或碟等置于烛焰上方，一段时间后，瓷片熏黑，取下瓷片，用手捻黑色粉状物，感觉到有滑腻感（如 图 3-5）,这是蜡烛不完全燃烧生成的炭黑。用纸转成纸筒，罩在火焰上，再观察，可见烛焰变亮，黑烟明显减少甚至消失。说明黑烟是石蜡不完全燃烧形成的。图 366.创新思维：检验蜡烛燃烧生成水和二氧化碳。用断颈的废长颈漏斗，将颈在酒精灯火焰上烧捏吹制成直角，再将一根玻璃管如法吹制成W形，然后按如图3-6所示装好装置。实验时，在 W管弯曲处滴进几滴澄清的石灰水后，点燃蜡烛，将其放在漏斗口下，过 12
15、分钟后，在 W管的第1弯曲处出现小水珠，在第2 弯曲处的澄清石灰水变浑浊。由此证明蜡烛燃烧时生成水和二氧化碳。火柴使蜡烛复燃。取一支蜡烛，将其点燃，待燃烧很旺时，吹灭蜡烛，随即把根火柴的药头与烛芯接触。吹火的蜡烛又会立即燃烧起来呈明亮的火焰。这是由于蜡烛刚熄灭时，烛焰尚有余温。火柴头上主要含有强氧化剂氯酸钾和易燃物硫黄等，灯芯的余温足以使火柴上的药物反应，放热而着火燃烧起来。探究实验设计之二氧化镒的催化作用1 .化学反应原理:过氧化氢不稳定，在常温下就能缓慢分解放出氧气。但速度较慢，不易察觉。在过氧化氢溶液中加入适量二氧化镭后，能立即有氧气迅速放出。在此反应中，二氧化镒是催化剂，能加速该反应的
16、发生。2H2。2 5 =2比0 +0 2 f2 .实验仪器：试管、酒精灯、药 匙（或纸槽）、木条等。实验药品：5%的过氧化经溶液、二氧化铳等。3 .探究方案：在试管中加入约5 m L 5%的过氧化氢溶液，将根较长的带火星木条伸入试管内试验，木条不复燃，证明无氧气放出。（准确地说，是放出氧气速度慢。）如 图 7-1。图7-1将上述过氧化氢溶液在酒精灯上微加热一会，再用带火星的木条试验，木条复燃。说明加热可加速过氧化氢的分解，同时也说明，过氧化氢本身可以分解，以此说明催化剂不另取一支试管，在其中加入约5 m L 5%的过氧化氢溶液，用带火星的木条试验不复燃后，立即加入少量的二氧化镒粉末。再用带火星
17、的木条试验，木条复燃。证明二氧化能加速过氧化氢的分解速率。如图7-3。图7-34 .探究评价：该实验先由常温下过氧化氢溶液不能使带火星木条复燃说明常温卜过氧化氢溶液不能放出氧气（准确地说，是放出氧气速率低，不足以使带火星的木条复燃。）再山加热过氧化氢溶液，使带火星木条复燃，说明过氧化氢本身能放出氧气。为讲清催化剂的作用，此实验不能忽视。再从常温下加二氧化镒，有氧气快速放出说明二氧化镒能加速该反应。是该反应的催化剂。使该实验也存在某些缺点，-是需要的时间比较长，二是没能检测反应后二氧化毓的质量和化学性质不变。5 .资源开发：（1）在带凸起的双叉试管中，一边加入约1 g的二氧化锌，试管口稍倾斜向上
18、固定在铁架台上，小心加入5 m L 5%的过氧化氢溶液。如图7-4 所示。先用带火星的木条试验，木条不复燃，证明无氧气放出。小心扭动又叉试管，使过氧化氢溶液倾入另一管中，再用带火星木条试验，木条立即复燃，并产生明亮的白色火焰。证明有氧气放出。此实验有明显的反应现象，时间短，用于演示实验效果很好。该反应还可以用二氧化镒催化氯酸钾分解代替。也可以用双叉试管实验。在双叉试管两边各放入1 g 左右的二氧化镐和3 g 左右的氯酸钾，固定在铁架台上，用带火星的木条试验。木条不复燃。再分别用两只酒精灯分别在两边加热至氯酸钾熔化，用带火星的木条试验，木条不复燃。如图7-5 o移开酒精灯停止加热，并小心将又叉管
19、倾斜，使二氧化镒倾入氯酸钾中，再用带火星木条试验。木条立即复燃，并产生明亮的白色火焰。证明有氧气迅速放出。6.创新思维：在实验室制取氧气的实验中，二氧化镒并不是唯的催化剂。笔者亲自实验过几种不同物质对氯酸钾和过氧化氢溶液的催化效果，又从资料中查阅到，有人也曾做过类似实验，发现有很多物质对过氧化氢和氯酸钾分解都具有催化作用，甚至有的表现出比二氧化毓更好的催化效果。这些物质包括：Ti Oz、V2 O5、迂2。3、Mo 03.P2 O5、Mn S0 Na HSO；、Na2S204,Ca 2 P2 O7、Cu O Fe203,Pb Oz、Zn O、A l Al2(SOf)3 Ca Cl2,KCQ Na
20、 Ck Ca O,Si 02,碱石灰、细砂子、粉笔灰、碎瓷粉、砖瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe。、Cu O、Pb Oz 等的实际效果，从表面上看，比 Mn Oz 的催化效果还要更好些。因此实验若无二氧化镒时，完全可以用以上易得的物质做催化剂。探究实验设计之二氧化碳性质的探究1 .化学反应原理：一般情况下，二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧，二氧化碳的密度比空气大，是空气密度的L 5 倍，故二氧化碳可以灭火。将二氧化碳倾倒入盛有高低不同的两支蜡烛的烧杯中，可见蜡烛由下而上依次熄灭。二氧化碳能溶于水。在集满二氧化碳的塑料瓶中，加入水振荡，二氧化碳溶解，致瓶内压强变小而出现内陷现象。二氧化碳能和
21、水反应，生成碳酸。H2O+CO2=H2CO3碳酸能使湿润的紫色石蕊试纸变幻色。碳酸很不稳定，受热或浓度较高时易分解。H2CO3=H2O+CO2 t将变红色的石蕊试纸加热，试纸又变成紫色。(4)二氧化碳与石灰水中的氢氧化钙反应，生成难溶性的碳酸钙而使溶液变浑浊。这是室验室检验二氧化碳的常用方法。CO2+Ca(OH)2CaCO3 I+H Q2 .实验仪器：烧杯、塑料瓶、集气瓶、喷壶、试管等。实验药品：二氧化碳、蜡烛、石蕊试纸、水、新配制的澄清石灰水等。3.探究方案：(1)用铁片弯成一个小阶梯，用酒精灯稍加热。将两支长短相同的蜡烛趁热按在铁片上，待冷却后，蜡烛即固定在铁片上了。将此置于烧杯中。手握集
22、气瓶，将其中新收集的二氧化碳顺烧杯壁缓缓倾倒入烧杯同，可看到小蜡烛由下而上熄灭。如 图 1 7-1。由此说明二氧化碳不能燃烧也不能支持燃烧，密度比空气大。图 17-2做此实验时，收集的二氧化碳要尽可能满，尽可能纯净。集气瓶用较大的为宜。倾倒时要沿杯壁往下倒，太快上下蜡烛一道熄灭，太慢，下面的蜡烛熄灭了，上面的蜡烛还会继续燃烧。教师最好事先做几次，体验一下倾倒速度。以保证实验的成功。用塑料瓶收集一瓶二氧化碳，倒入约三分之一体积的水，立即旋紧瓶盖，振荡。观察到塑料内陷。如 图17-2。证明二氧化碳能溶于水。用吸水性较好且有一度强度的纸折四朵小花，将其完全浸入石蕊试液中，取出晾干后，再浸入石蕊试液中
23、，取出晾干。直到纸花变成明显的紫色为止。向第一朵小花上喷稀醋酸（或稀盐酸等），纸花变红色。说明石蕊试液遇酸变红色；向第二朵小花喷水，纸花不变色。说明水不能使石蕊变红色；将第三朵纸花放入集满二氧化碳的集气瓶中。纸花也不变色，说明二氧化碳不能使石蕊变色。第四朵纸花先喷水湿润，再放入集满二氧化碳的集气瓶中。纸花变红色。说明此时有酸存在，是二氧化碳与水反应的产物碳酸，如 图17-3。I喷稀阴啮 I I喷水 III直接放入二融化碳中IV喷水后放入二融化碳中图 17-3取出第一朵和第四朵变色的纸花，分别放在酒精灯火焰上加热。第一朵纸花不变色，第四朵纸花变紫色。由此说明碳酸不稳定，遇热分解。(4)在试管中取
24、5 m L 左右的澄清石灰水，通入二氧化碳，石灰水变浑浊。4.探究评价：倾倒二氧化碳的实验需要有一定的经验，不易成功。该实验烧杯容积要适当，过小，倒入的二氧化碳很快充满整个烧杯，导致上下蜡烛几乎同时熄灭。烧杯太大，二氧化碳量不足，下层蜡烛熄灭而上层蜡烛继续燃烧。烧杯宜以1 5 0 m L,集气瓶用2 5 0 m l 为宜。证明二氧化碳溶解性实验效果明显，操作简便，效果很好。二氧化碳与水的反应中，纸花的制作有一定的难度。纸质太软，浸泡时纸张易泡化，纸花不成形，纸质太硬，石蕊在纸花上不易形成较均一的紫色。向纸花上喷酸时，由于喷雾的不均匀，纸花上出现红色斑点，而不是均一的红色。(4)二氧化碳和石灰水
25、反应时，通入二氧化碳的时间要控制好。出现明显的浑浊即停止通入二氧化碳。若继续通入，二氧化碳与碳酸钙继续反应，生成可溶性的碳酸氢钙，溶液又变澄清。CaCO3+H2O+CO2=Ca(HCO3)25.资源开发：为避免倾倒二氧化碳失败，可将实验进行如下改进，如 图 1 7-4。点燃阶梯上蜡烛，从导管中通入二氧化碳，一会儿就可看到下层蜡烛熄灭，然后上面的蜡烛熄灭。当然，通入二氧化碳的速度不可太快，太快蜡烛熄灭的时间差太小，不易分辨。图 17-4证明二氧化碳的密度大，可选用以下实验。如 图 1 7-5 所示。在铁架台上挂两个纸袋（或塑料袋），调整，其其平衡。向右边的纸袋内倒入二氧化碳，可明显看到杠杆向右侧
26、倾斜。从面证明二氧化碳的密度比空气大。图 17-5图 17-6 如 图 1 7-6 所示。取一只天平，在天平左边放一只2 5 0 m L 的烧杯，用祛码平衡。再向烧杯内倒入二氧化碳，可明显看到天平向二氧化碳一侧倾斜。以此证明二氧化碳的密度比空气大。取一只大的空烧杯（1 000 m L 以上，也可以用小塑料桶代替），盖上玻璃片，用向上排空气法收集一杯二氧化碳气体备用。如 图 1 7-7,用滴管头醮些洗发精溶液，吹起空气泡，轻轻摆动滴管头，让空气泡落入充满二氧化碳的大烧杯内。空气汽可以二氧化碳中飘浮一段时间。证明二氧化碳的密度比空气大。空气二氧化碳图 17-7图 17-S如 图 17-8所示。还可
27、以用极薄的塑料袋吹成一个小气球，放在大烧杯内，再向烧杯底部能入二氧化碳。气球能缓缓上升到烧杯口部，证明二氧化碳的密度比空气大。6.创新思维：能否用燃着木条熄灭要验纯二氧化碳？用排稀酸法收集不同体积的二氧化碳和空气的混合气体，再用燃着的木条试验，测得如下数据。编号IIIIIIIVVCO,体 积（）8060402010空气体积（%）2040608090木条燃烧情况熄灭熄灭熄灭时燃时熄安静燃烧实验证明，只有二氧化碳在空气中的体积分数高于20%时，燃着的木条就会熄灭。可见，用燃着的木条试验二氧化碳的纯度是不可靠的。因此，用排空气法收集二氧化碳并用燃着的木条验纯，不一定能得到较纯的二氧化碳气体。因此，要
28、处到纯净的二氧化碳气体，就应该尽可能用排液体的方法收集。这些方法包括排饱和碳酸氢钠溶液、排稀酸（如在水槽中滴几滴稀盐酸等）溶液等方法。二氧化碳的喷泉实验。在双孔胶塞上插入一根带止水夹的导管，用滴管吸入一管的新配制的澄清石灰水，插入胶塞内。备用。用烧瓶收集一瓶二氧化碳气体，立即塞上带导管和胶头滴管的双孔塞。导管插入盛有新配制的澄清石灰水的烧杯中。固定在铁架台上。用手挤压胶头滴管的胶头，将澄清石灰水挤入烧瓶内，打开止水夹。可见到澄清石灰水顺导管逆流入烧瓶内，并形成乳白色的“喷泉”。如 图 17-9o图 17-9该实验不仅能说明二氧化碳可以与石灰水反应，而且具有很强的视觉冲击力，对于调动学生的学生兴
29、趣很有效果。二氧化碳不能支持燃烧吗？用地埸钳夹住一根用砂纸打磨光亮的镁条，在酒精灯火焰上.点燃，迅速伸入集满二氧化碳的集气瓶中，镁条继续燃烧，产生耀眼的白光，生成白色固体，同时，在集气瓶壁出现黑色细小的颗粒物。这是由于镁能在点燃条件下，与二氧化碳发生剧烈的反应而燃烧。2Mg+CO,=2MgO+C可见，说二氧化碳不能燃烧也不支持燃烧，并不是绝对的。探究实验设计之二氧化碳制取的研究1.化学反应原理：该实验分为几个部分。第一部分，根据复习和归纳氧气的实验室制取，总结出气体制备的发生装置与收集装置选择的思路。第二部分，探究二氧化碳实验室制备装置的选择。实验室制取二氧化碳得用石灰石（或大理石）与稀盐酸在
30、常温下反应。CaCO3+2HCI CaCl2+H2O+CO21据此探究二氧化碳制取的装置。首先得有容器，由于该反应不需要加热，该反应的容器有很大的选择范围。为了在反应前固体与液体不接触，可以添加一个加液体的装置（比如长颈漏斗、注射器等），反应不需要加热，故不需要酒精灯等加热的设备。二氧化碳能溶于水，不宜用排水集气法收集；二氧化碳密度比空气大，可用排上排空气集气法收集。第三部分：制取二氧化碳。用石灰石和稀盐酸反应，用最简单的装置制取。2.实验仪器：试管、烧杯、单孔塞、集气瓶、玻璃片等。实验药品：石 灰 石（或大理石）、稀盐酸、澄清石灰水等。3.探究方案：在复习氧气的实验室制法的基础匕归纳出制取气
31、体的发生装置和收集装置选择的思路：气体的发生装置的选择必须考虑：考虑反应物的状态（固态与固态或固态与液态或液态与液态，中学实验中一般不会出现气态与气态物质反应制备气体的情况）；考虑反应 条 件（是常温下反应还是加热条件下反应）。气体的收集装置的选择由气体的性质决定的。不易溶于水的能用排水集气法收集；密度小于空气且不与空气中任何气体反应的用向下排空气集气法收集密度比空气大且不与空气中任何成分反应的，用向上排空气集气法收集。探究制取二氧化碳的装置。在上述分析的基础上，教材引导学生从图16-1中选择仪器，组装成制取二氧化碳的实验室装置。其实可选择的仪器远不止这些。图 16-1水槽酒精灯制取二氧化碳用
32、块状固体石灰石（或大理石）与液体稀盐酸反应，因此必须有容器盛装反应物。反应不需要加热，所以该容器的选择范围很大，几乎所有能用带导管的塞子封闭容器口的都可以选择作为该反应的容器。比如试管、锥形瓶、烧瓶、广口瓶，甚至连II常生活中的各种瓶子。为了使反应开始准备充分后再收集二氧化碳，就有必要在此之前将反应物石灰石（或大理石）和稀盐酸分开。可在装置中加一长颈漏斗或分分液漏斗。若用长颈漏斗，需插入液面以下进行液封，防止气体从长颈漏斗中逸出。还可以选用注射器等，不赘述。二氧化碳能溶于水，但溶解性不大，1体积水中仅溶解1体积二氧化碳，且溶解的速度比较慢，完全可以用启普发生器器制取。图16-2是笔者列举的几例
33、制取二氧化碳的装置。可引导学生开动脑筋，还可以找出很多装置。图182制取二氧化碳学生实验可用最简单的装置。检查装置的气密性。装置好装置，用手握住试管，导管另一端插入水中，观察有无气泡产生。在试管内加入适量的石灰石（或大理石），加适量的稀盐酸，塞上带导管的塞子。用向上排空气法收集气体，用燃着的木条放在集气瓶口试验，若木条熄灭，说明二氧化碳已经收集满。盖上玻璃片，正放在桌面匕待用。（如 图16-3）4.探究评价：二氧化碳发生装置的选择是该探究的重点。教材如此安排有利于开发学生的学科能力。教师应引导学生，培养其发散思维，尽可能多地找出发生装置。二氧化碳制取采用上述实验，药品用量少，装置简单，操作方便
34、。但制取的二氧化碳量也少，更换药品很不方便，更不能控制反应的开始与终止。教师实验可采用如下装置。(如图16-4)5.资源开发：(1)原料选择：用于制取二氧化碳的药品很多，除大理石和石灰石外，还可以选用的有鸡蛋壳、贝壳等。水泥块和陈旧的石灰块也有较好的制取效果，但由于含杂质较多，反应时，容器中会出现大量的黑色泡沫，外观很不好看。仪器选择：日常生活中的很多容器都可以用作制取二氧化碳的容器，如矿泉水瓶、牛奶瓶等。制取二氧化碳量较多时，可用如图16-5所示装置制取。取两支无底的废旧试管，将试管口锂平，一去底部塞上带导管的单孔塞，另一支匕下都塞上带导管的单孔塞，并用橡皮管将其连接起来，固定在铁架台上。在
35、A管中加入适量的稀盐酸，在 B管中加入石灰石（或大理石）。提起A管，使稀盐酸流入B管内，与石灰石接触反应。不用时，可将A管放低，稀盐酸流入A管内，反应停止。该装置虽然不是利用启普发生器的原理，但也可以控制反应的进行与停止。6.创新思维:醋酸和纯碱能否用于制取二氧化碳？不能。很多资料里都用这种方法作为学生的家庭实验，但笔者做了很多次，效果都很差，反应速率很慢。稀硫酸能否用于制取二氧化碳？能。硫酸与块状石灰石或大理石反应时，一开始有大量气泡产生。随着时间的推移，反应速率越来越慢，最后停止。这是由于反应生成了不易溶于水的硫酸钙，阻止了反应的进一步进行。CaCQ+H2so4=CaSO41+H2O+CO
36、2 t但若将石灰石（或大理石）研成粉末再与稀硫酸反应，则有理想怕反应速度。若稀硫酸的量足够，可保证石灰石（或大理石）反应完全。这是由于石灰石（或大理石）颗粒小，与稀硫酸有很大的接触面积。但不可用浓硫酸。硫酸浓度大，含水量少。反应后生成的硫酸钙迅速沉淀，使反应立即停止。能否用排水法收集二氧化碳？二氧化碳能溶于水，在 latm 下，1体积水能溶解1体积二氧化碳。这是理论值，并且是饱和状态下的溶解值。二氧化碳溶解达到饱和的需要多长时间呢？取一支大试管（或 50毫升量筒），用排水法收集满二氧化碳，用大拇指堵住试管口取出试管，再倒插入盛有适量水的烧杯中，静置观察，如 图 16-6。2 4 h 后，试管内
37、液面可升至试管高度的1/2,3 5 天内水可充满整个试管。二氧化碳水、图 16-6由上述实验可以得出结论，虽然二氧化碳能溶于水，但由于溶解速度是，实验室收集二氧化碳完全可以排水集气法收集。当然，这也应视具体情况，若需收集干燥的二氧化碳，还是用排空气法为宜；收集二氧化碳的量较少时，也不宜用排水法探究实验设计之分子运动的探究1 .化学反应原理浓氨水具有较强的挥发性，氨气溶于水，与水反应生成弱碱性的一水合氮电离出氢氧根离子。遇酚酗试液后，酚献试液变红色。N HS+H2O =N H3-H2ON H；+0 H 2 .实验仪器：烧杯。实验药品：浓氨水、酚酿试液。3 .探究方案：如 图1 0-1所示，在A、
38、B烧杯中加入约三分之一容积的蒸储水，滴加数滴酚献试液，在C烧杯中倒入约1 0 m L浓氨水，用大烧杯罩住A、C烧杯，观察。一会儿后，可见A烧杯中溶液变红色，B溶液不变色。4 .探究评价：该实验现象明显，操作简便，是比较好的实验方案。但缺点是，由于浓氨水有较强的挥发性，环境中会弥漫着难闻的气味，若大烧杯口不平，外面的B烧杯中的酚酥试液也可能变微红色。5 .资源开发：分子的运动，在实际生活中可以找到很多例证，条件不具备时，完全可以用实际生活中的例证来代替上述实验。如品红的溶解、酒精或香水的挥发、蔡的升华等。高偏酸钾的溶解现象很明显，操作也非常简单，但高锦酸钾是山离子构成的物质，用其说明分子的运动不
39、太合适，最好不用。6 .创新思维：裁取一条滤纸，宽与试管内径大小接近，长度约为试管长度的三分之二左右。用玻璃棒醮取酚酷试液，在滤纸上均匀点若干液点，将滤纸塞入试管内，试管口用脱脂棉塞住。用滴管向脱脂棉上滴加适量的浓氨水，再塞上塞子，观察。可见滤纸条上的酚儆液点，由试管向试管底方向逐渐变红色。（如 图 10-2）酚能滤纸条液点。浸浓氨水棉球iWFI图1Q2按图10-3所示装好装置。在 U形管的两个管口下，塞上两个脱脂机棉球，用滴管吸取浓盐酸和浓氨水，分别将两个棉球浸湿后，用橡皮塞将两个管口塞紧，静置观察。几分钟后，在 U形管口滴加浓盐酸的一侧出现一个白色圆环，即生成氯化铁晶体。图1a3醮侬氨水的
40、棉球藤酚儆试液的纸条图1(M如图10-4所示，在 U形管的一端放入棉球，用滴加滴加足量的稀盐酸使其润湿，另一端放入一条醮酚献试液液点的纸条，塞上塞子，观察。一段时间后，可见酚酰的液点由下往上依次变红色。探究实验设计之粉尘爆炸实验1.化学反应原理干燥的粉尘遇明火会燃烧，粉尘和空气充分接触时在有限的空间内剧烈燃烧会发生爆炸。2.实验仪器：金属罐、小塑料瓶、导管、气囊、胶 卷 盒（或小塑料瓶）、2 L 大塑料饮料瓶、橡皮塞、玷竭钳、铁丝等实验药品：面粉、蜡烛、脱脂棉、酒精等3.探究方案方案：剪去空金属罐和小塑料瓶的上部，并在金属罐和小塑料瓶的底侧各打一个比橡皮管外径略小的小孔。连接好装置，在小塑料瓶
41、中放入血粉，点燃蜡烛，用塑料盖盖住罐（如图20-1所示）。从橡皮管一端鼓入大量的空气（人距离该装置远一些），使面粉充满金属罐，面粉在有限的空间里剧烈燃烧而发生爆炸。打一小孔/方案：在饮料瓶的底部打个孔，孔的大小能插入一根导管，导管的另一端和气囊相连；在瓶壁上打个较大的孔，孔的大小与橡胶塞一致。在橡皮塞的正中打一个小孔，将一根细铁丝对折绞合在一起后，穿过橡胶塞，在铁丝的前端绞入脱脂棉。将胶卷盒去盖后倒扣在瓶口上，实验器就制作完成了。实验时取适量干燥的面粉于大塑料饮料瓶中，并将胶卷盒倒扣在饮料瓶瓶口上；将带气囊的橡皮管出气口对准瓶中的面粉，并插进粉尘中；拨出橡胶塞，将棉球浸上酒精，点燃酒精棉球并迅
42、速塞进饮料瓶中（如图20-2所示），同时快速按压气囊从橡皮管一端鼓入空气，使饮料瓶中的面粉扬起充满饮料瓶，面粉在饮料瓶中剧烈燃烧而引起爆炸，胶卷盒被高高掀起。4.探究评价方案的成功率不高，鼓入空气的速度很难控制。鼓入空气的速度太快有可能将烛火吹灭，扬起的粉尘也太多，可能将烛火扑灭；鼓入空气的速度太慢扬起的粉尘不够，无法剧烈燃烧而爆炸。方案实验装置简单，容易制作，材料随手可得，具有实用性、普及性；透明度大、直观性强，实验现象更为明显，不仅能观察到爆炸现象，更能让我们清楚地观察到粉尘的燃烧现象；实验成功率高。5.创新思维由于方案中采用鼓气扬尘实验的成功率低，将鼓气扬尘变成敲击落尘，操作简单，易于掌
43、握。为了防止蜡烛在罐体振动时翻倒，用中心挖洞的泡沫塑料板固定蜡烛，取一只带盖且密封性良好的金属罐（如奶粉罐），将一个纱布袋绑在罐盖下方，要求留一个口便于添加面粉。把3 4药匙的面粉装入纱布袋中，用用烟钳夹住燃烧的火柴点燃蜡烛，待烛火燃得较旺时盖上塑料盖，然后用木棒敲击罐盖。如图20-3。图2。3改进后的实验不仅成功率很高，而且除了听到“嘲”的爆破声，看到罐盖被高高掀起,还可以看到火光冲出罐体，直接感受面粉粉尘的燃烧。在上述实验方案中，也可采用先将面粉吸进导管内（捏瘪洗耳球，将导管的另一端放入盛有淀粉的袋中，松开捏洗耳球的手指，把面粉吸入导管内），然后再吹散的做法，改进后使面粉能最大限度的被吹散
44、，燃烧剧烈、火焰长，利于观察，并且提高了爆炸的成功率高，同时面粉用量少，减少了爆炸后到处飞扬的粉尘。探究实验设计之化学变化中的现象1 .化学反应原理氢氧化钠溶液中滴入酚儆试液，溶液变红色；镁条与稀盐酸反应，放出氯气，同时放出热量：Mg+2HCl=MgCl2+H2l；硫酸铜溶液和氢氧化钠溶液反应，生成蓝色沉淀：CuSO4+2NaOH=Cu（OH）21+Na2s火柴燃烧，放出大量的热，发出橙黄色的光。2 .实验仪器：试管、滴管。实验药品：氢氧化钠溶液、酚配试液、镁条、稀盐酸、硫酸铜溶液、火柴。3 .探究方案：在稀氢氧化钠溶液中滴加1 2 滴酚献试液，观察变化。在氢氧化钠溶液中滴加酚献试液，在溶液中
45、存在酚献二钠盐（红色）和酚醐三钠盐（无色），当氢氧化钠溶液浓度较大时，平衡向生成三钠盐方向移动，溶液褪色。因此，要保证溶液不褪色，氢氧化钠溶液的浓度不可过高。实验证明，只有当N a O H 溶液浓度小于0.I m o l/L,即溶液p H 小 于 1 3 时，生成的红色酚酰才是稳定的。但酚配试液在氨水、氢氧化钙溶液、碳酸钠等溶液中，无论其浓度大小，红色均不褪去，因此，该实验可用这些溶液代替。将一段镁条放入试管中，再滴加稀盐酸，观察。有气泡放出，镁条溶解；一会儿后，用手抚摸试管，可感觉到试管壁发烫。该实验中，镁条可用锌代替，但不宜用铁。铁与稀盐酸（或稀硫酸）反应速率较慢，不易观察到大的气泡，也不
46、易感觉温度的变化，实验现象不明显。若用锌代替镁做该实验，则不宜用稀硫酸，因稀硫酸中的硫酸根离子能阻止金属失去电子成为阳离子，反应一小会儿后，速率明显减慢。若只有稀硫酸时I 可以溶液中添加少量的氯化钠溶液。另外，镁条与稀盐酸反应的速率较慢，特别的盐酸浓度过大时，反应剧烈，常因迅速产生气体，致使液体溅出。因此，稀盐酸的浓度以1 ：3为宜。在硫酸铜溶液中，滴入氢氧化钠溶液，观察。可见到蓝色絮状沉淀。做该实验时，氢氧化钠和硫酸钠溶液的浓度均不可太低，滴加溶液后，不要震动，可见明显的蓝色絮状沉淀。笔者在该实验时，曾将试管倒置，试管内液体亦不会流下。划燃一根火柴，观察。可见橙黄色火焰，放热。该实验可用其他
47、可燃物燃烧代替。4.探究评价：该实验的目的，一是，了解化学变化中过程中的各种现象；二是，使学生了解滴管、试管等常用仪器的使用方法，初步掌握倾倒液体、滴加液体等基本操作方法。因此，只要现象明显，操作简便的实验均可备选。5.资源开发：有沉淀生成的化学反应很多，就里就不赘述了。若由学生课外完成，可选用纯碱溶液与石灰水反应，或向澄清石灰水中吹气，均可看到明显的白色浑浊。气 体 产 生 的 反 应，在家庭实验中可选择白醋与干电池中的锌皮反应，铝或铁等均不宜，铝表面的氧化膜使反应速度极慢，铁的活动性和醋酸的酸性都太弱，都很给观察到明显的现象。能量变化的例子很多，不赘述。（4）颜色改变的实验不太多见，以下推
48、荐二例：火柴燃烧产物使高锦酸钾稀溶液褪色：如图2T所示，在烧杯中加入少量稀高镒酸钾溶液（能显示紫色即可，浓度不要太高），用另一个同型烧杯罩在上方，将火柴划燃后，立即伸入烧杯内，一会儿后，抽出火柴梗，盖上烧杯，轻轻振荡，观察。紫色溶液迅速变成肉黄色（若高镒酸钾溶液浓度小，反应后，溶液颜色接近无色）。这是由于火柴头内含硫，燃烧后生成二氧化硫:S+02 宣 逢 S02二氧化硫有还原性，能将高镒酸钾还原成二价镒盐：5 S O2+2 K M n O 4+2 H2O =K2S O4+2 M n S O4+2 H2S O4高镒酸钾在酸性溶液中氧化性更强，因此，在配制高镒酸钾溶液时，可在其中滴加微量的稀硫酸，
49、反应现象更明显。氯化铁溶液与硫氟化钾溶液反应。氯化铁溶液显黄色，硫氟化钾溶液无色。在氯化铁溶液中滴入几滴硫氟化钾稀溶液，观察，可见溶液变血红色。FeCl3+3KSCN=Fe(SCN)3+3KC1该实验现象很明显，若溶液浓度偏大，反应后溶液颜色太深，视觉效果呈黑色。6.创新思维：该实验的目的是使学生了解试管、胶头滴管等常见仪器的使用方法，探究化学反应中伴随的现象，了解现象是判断变化类型的入门。因此，这一组实验只要现象明显，操作简单均可备选。日常生活中的很多变化，现象明显、操作简单，应鼓励学生动手开发。如纯碱与醋酸的反应，石灰水与纯碱的反应，铜生锈变成铜绿等。探究实验设计之木炭的吸附性1.化学反应
50、原理：木炭具有疏松多孔的结构，表面积大，具有较强的吸附性。活性炭的吸附性更强。木炭和活性炭都能吸附气体和液体中的某些物质，可用于脱色、去味、滤毒。据此，可用木炭或活性炭吸附红墨水的稀溶液中的色素。2 .实验仪器：锥形瓶等。实验药品：红墨水、木炭等。3 .探究方案：取几块小木炭，放在石棉网上用酒精灯加热烘烤一段时间，使其充分解吸。在小锥形瓶中加入约3 0 m L的水，加入一滴红墨水，使水略显红色。投入几块烘烤过的木炭（或活性炭），轻轻振荡，观察。一段时间后，待 木 炭（或活性炭）沉降到瓶底后，可见溶液的颜色变成无色（或明显变浅）。4 .探究评价：块状的木炭吸附效果不太理想，往往只能看到的溶液颜色