比较二氧化碳和空气密度的实验探究

河南省南阳市实验中学(473000) 郭 涛

“二氧化碳和空气密度的比较”是人教版化学9年级上册第6单元课题2“二氧化碳制取的研究”中涉及到的一个知识点。教材试图通过让学生填写表格的方式掌握有关知识，并配有脚注“空气的平均相对分子质量为29。如果某气体的相对分子质量大于29，则这种气体的密度比空气的大；如果小于29，则密度比空气的小”。意在让学生对比二氧化碳的相对分子质量44大于空气的平均相对分子质量29，说明二氧化碳的密度大于空气的密度。

笔者认为，这样的安排存在明显不足，主要原因有：①通过理性的计算，虽然学生知道了二氧化碳的密度大于空气的密度，但对二氧化碳和空气的密度差异，缺少直观认识，不利于对知识的理解和运用；②教材中没有安排演示实验，在实际教学中，教师一般也不会在课堂上进行实验演示。9年级学生正处于形象思维向抽象思维过渡阶段，加强实验教学的同时，展开理性分析，这样才有利于知识的巩固。鉴于此，笔者在教学中增加了演示实验，明显弥补了教材的不足，收到良好的教学效果。

1 实验用品

透明塑料软管、微型试管(或小药瓶)、注射器、胶头滴管、药匙、棉花、棉线、透明胶带、剪刀、细铁丝、碳酸钠、9°白醋、紫色石蕊试液。

2 实验装置

实验装置如图1所示。

图1 实验装置

3 实验步骤

(1)取透明塑料软管60 cm左右，用细铁丝穿过塑料软管一端。然后把塑料软管垂直悬挂在“O”点。

(2)取细线70 cm，对折确定中心点。距离中心点10 cm处各系一团棉花，以后每间隔5 cm系一团棉花。用胶头滴管吸取紫色石蕊试液，润湿棉线上的棉花。

(3)取微型试管，用透明胶带固定在棉线上，管口位置与棉线中心点相平。向试管内加入足量碳酸钠粉末。

(4)另用细铁丝把棉线(带有棉花和试管)穿入透明塑料软管，再把棉线系于“O”点。

(5)用注射器吸取足量白醋，刺入塑料软管，缓慢推注到小试管中，观察现象。

(6)实验结束，整理实验用品。

4 实验现象及分析

(1)白醋推注到小试管中后，小试管中立即有大量气泡产生。反应方程式：Na2CO3+2CH3COOH=2CH3COONa+CO2↑+H2O。

(2)中心点以下，下1、下2、下3、下4棉球依次变红。

(3)中心点以上，4个棉球没有明显变化。偶尔会看到上1棉球微红，主要是由于向小试管中推注白醋的速度过快造成的。二氧化碳产生速度过快，在狭窄的塑料管道内来不及下沉，而向上堆积接触到棉花，引起石蕊变色。

5 实验注意事项

(1)实验中可以将透明塑料软管悬挂在白色墙面上，这样更有利于清晰地观察到棉花的变色。

(2)透明塑料软管内径最小为3 cm。如果内径太小的话，小试管放入后，中心点附近空隙太小，不利于二氧化碳的通过，会造成二氧化碳向上堆积接触到棉花，可能引起上1、上2，甚至上3棉球变红，造成实验失败。

(3)用注射器吸取足量白醋，推注到小试管中时，一定要注意缓慢推注，确保二氧化碳气体缓慢且平稳地产生。如果二氧化碳产生速度过快，会在管腔内向上堆积，引起中心点以上的棉花变色，造成实验失败；如果二氧化碳产生速度过慢，中心点以下的棉花变色所需要的时间比较长。二氧化碳气体缓慢且平稳地产生，可以明显缩短实验时间。

(4)如果没有塑料软管，也可以用塑料直管、有机玻璃直管代替，但一定是管壁透明度高的管子，这样才能确保现象的观察。不可使用普通的玻璃管，以防止实验过程中操作不慎，玻璃管破裂，出现安全隐患。

6 实验改进优点

(1)实验在相对密闭的管腔中进行，管腔内的空气相对静止，排除了空气流动对实验的干扰，实验说服力强。

(2)实验趣味性强，原料易得，安全性高，适合学生实验探究。不少学生在课后反复进行了实验探究，并进一步改进了实验装置，大大提高了学生的实验操作技能和实验素养。

(3)透明塑料软管内每间隔一定距离系一团棉花，中心点以下棉花依次变色，实验现象呈现清晰。

(4)中心点以下棉花变色、中心点以上棉花不变色，现象对比明显。充分说明二氧化碳在管腔内向下运动，二氧化碳的密度明显比空气的密度大。

7 小结

透明塑料管是一种比较常见的生活用品，但是在化学实验教学中很少应用。本实验引入了透明塑料管，结合棉线和棉花的运用，让实验更贴近生活，增强了实验的趣味性，激发了学生参与实验探究的主动性。在探究二氧化碳和空气密度大小的同时，提高了实验素养。在实验教学实践中，一定要立足教学实际，加强教学内容的研究，注意多视角选择实验教具，拓展实验教具的新功能，推动实验的深度教学。