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2022.7.19 二氧化碳实验创新

 教化学的蜗牛君 2022-09-28 发布于广东
最近需要参与实验创新比赛,之前选拔的时候由于精力有限,完全在闭门造车的状态——即没有参考前人基础随心所欲的设计。后来竟然擦边意外选上了,那现在有精力重新优化调整,就不能再闭门造车了,还是需要借鉴一下别人的已有成果,立足于巨人的肩膀上才可以形成更加优秀的成果。我也不想为了实验设计而实验设计,两轮的化学教学暂时还不足以让我发现现有教材中的不足,我更多还是基于我的兴趣点,在现有成果的基础上进行改进。我想结合真实项目背景进行实验创新。于是上午上知网搜索了相关文献,下午花了一些时间整体浏览,发现还是有很多有趣的内容。我根据二氧化碳知识逻辑选择我最有感触的一些实验设计进行分享。
一、二氧化碳的制取
1控制反应开始与停止
与启普发生器异曲同工,或利用打孔的小药瓶,或者利用打孔的棒棒冰塑料袋等。


还有类似下图的装置,通过翻转实验装置控制反应的发生与停止。


2控制反应生成气体的量
这是我第一轮自我封闭实验设计时候遇到的问题,果然前人已经有智慧结晶了,主要利用注射器控制反应生成气体的量,比如直接用注射器抽取现成的气体,或者像下图一样利用青霉素小瓶进行反应,生成的气体就进入连接的注射器中,根据所需要的气体量随时停止。


还有一种别出心裁的创新方式,直接改变制取二氧化碳的实验原理,利用日常食物深水炸糖,原理是柠檬酸与小苏打的反应,直接投料在注射器当中,吸入50ml水并放置在烧杯中,由于迅速生成二氧化碳气体将液体直接排出注射器外,直接有现成的50ml二氧化碳


二、二氧化碳的物理性质
1.密度比空气大
一种方式直接与空气进行密度比较,或者是利用装满二氧化碳和空气的气球进行比较,或者直接在装有空气球的烧杯中通入二氧化碳。

另一种方案是结合二氧化碳的化学性质,比如能使湿润的紫色石蕊试纸变红,或者不燃烧也不支持燃烧。比如将两块湿润的紫色石蕊棉球放在不同高度,或者将蜡烛分别设置在两个不同高度,最终可以根据低处实验现象更先出现说明二氧化碳的密度比空气大。


2.能溶于水
一种方法是定性比较,直接通过气压变化,比如U型管中带红墨水


定量比较的方法基本都用到了注射器,不论是两个注射器连接反应,还是一个注射器同时吸取二氧化碳和水。


三、二氧化碳的化学性质我这次没有关注二氧化碳不燃烧也不支持燃烧的性质
1.与水反应
一般情况下矿泉水瓶实验都是先装二氧化碳再装水为了排除是水使紫色石蕊变红,优化之处在于改变了二氧化碳与水的通入顺序,先装水再通二氧化碳。


2.与氢氧化钙反应
与氢氧化钙的实验没有什么本质创新,因为实验已经够明显了,更多是在与水的吸收效果比较上,也同样利用了注射器。

3.与氢氧化钠反应
1证明二氧化碳与氢氧化钠能反应
一种思路是从生成物的角度证明,比如反应过后加入稀盐酸能够产生气泡,说明生成了新物质,为了避免是碳酸干扰,还可以先加热使碳酸都分解后再加入稀盐酸检验新物质的生成。
还有一种直接排除水的干扰,加入研磨后的氢氧化钠粉末,充分震荡。这里要注意的是由于产物有水避免氢氧化钠潮解结块,加入后需要迅速震荡。


2比较不同物质吸收二氧化碳的效果
同样可以选用红墨水,还可以利用气球做玻璃片,会观察到气球向内凹陷,说明二氧化碳被吸收。


以下的实验创新是综合以上内容的讨论,一体化实验,还是很有意思。



参考文献

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