初中化学《实验室二氧化碳制取的研究》探究式学习案例

案例设计  陈海峰 （腊市中学）

指导教师  李志人 （区教研室）

在新一轮的教学改革中，提出了“重视学生的发现学习、探究学习、研究学习”的观点，其中探究学习被列入了课程计划，它突破了原有的教学封闭状态，把学生置于一种动态、开放、生动、多元的学习环境中。在教学中，教师要让学生在学习过程中去实现自主学习、合作学习和探究学习。教师充当的角色是：引导学生检视和反思自我，使之明白要学什么和获得什么；指导学生设计恰当的学习活动；协助学生寻找、搜集和利用学习资源；帮助学生营造和维持学习过程中积极的心理氛围，从而让学生发现自己所学东西的意义；引领学生对学习的过程与结果进行评价。可以说探究性学习不仅是课程形态，它还是一种好的学习方式。应用探究式教学具有很好的现实意义。

二、教学的设计意图、目标

    本届学生学习化学刚刚结束了一个重要的入门阶段，这一阶段里学习了有关空气、氧气和水的知识和化学实验的基本操作技能，带着对科目的新鲜感，大多数同学兴趣正浓，而且通过学习身边重要物质——氧气（甚至氢气）的实验室制法，已获得了有关实验室制取气体方法的感性认识，根据学生的学习心理，他们渴望探索身边的另外一种重要物质 — 二氧化碳的实验室制取的方法。为此特做一次大胆的尝试：在学生学习完第三单元拓展课题“最轻的气体”之后，将第六单元课题2：“二氧化碳制取的研究”调过来接着学习。

    考虑到学生已有知识的局限性，本课题的设计上淡化了对反应原理及药品选用的研究，重在探索制取方法及实验装置的设计上。虽达不到原有课题设计的目标要求，但其可在以后的学习中加以补充和完善。

⑴认识实验室制取二氧化碳气体的原理和装置，利用设计的装置制取二氧化碳气体。

⑵通过探究实验室制取二氧化碳气体，基本认识实验室制取气体的思路和方法。

    通过二氧化碳制取探究、及其过程的讨论交流，培养学生的合作态度和创新意识。

3、情感态度与价值观；

    通过对实验装置的设计，培养学生的探究精神。

⑴实验室制取二氧化碳的原理、装置、过程，初步的探究能力培养。

⑵一般探究方式和过程的形成。

【教学难点】 在二氧化碳制取装置的探究过程中，提升实验室气体装置的设计思维水平。

本课例的研究目的是探究学习的模式构建，充分体现学生自主、全员参与。因此把本节课设计为三个“探究”：一是实验原理初探；二是制取装置探究（重点1）；三是气体制取过程探究（重点2）。教学时，按“搜集资料——处理信息——（用给定的实验器材）设计方案（自选仪器设计多种方案并选其一）——实验验证——对比探究——小结归纳－—练习拓展（实验室制取气体的思路和方法）”的顺序进行。课题的引入采取让学生回顾可以得到二氧化碳气体的方法，从中筛选出适合实验室制备二氧化碳的方法，让学生在教师的指导下学会选择，学会判断，进而体现学生是学习的主体，提倡学生的主动学习。探究活动的展开分为以下几个步骤：

（1）实验原理初探：演示实验，学生观察、讨论，教师分析得出适合实验室制取二氧化碳气体的反应原理。

（2）实验装置设计：让学生自行构想、探讨，并借助屏幕上所提供的仪器图，自选仪器设计出一套实验装置草图，并让学生个别展示（分小组讨论交流。）

（3）实验过程探究：学生合作制取气体，同时找出实验成败的原因，讨论分析出实验室制取二氧化碳气体的一般过程，以及验证和验满的方法。

〖实验室制取二氧化碳的探究〗

1、指出下列实验装置的错误之处：（见课件）

（学生回答，教师归纳点评）

【搜集信息】 二氧化碳的性质信息：（根据生活经验和已有的事实推测）（课件展示）

【课题引入】二氧化碳是一种有广泛用途的气体。实验室中如何制取二氧化碳呢？想一想，到目前为止，你知道多少种能够制得二氧化碳的方法。

（学生讨论，并列举学过的可以得到二氧化碳的方法。教师在黑板上逐一记录）

引导学生讨论实验室制法的条件： （课件展示）

1.可行性：反应容易发生且条件较简单，制得的气体纯度高，反应的速度适中等；

2.简易性：操作简单便于收集等；

3.安全性：操作较安全，尽量选择无毒无腐蚀或腐蚀性较弱的药品等。

学生评价这些制备二氧化碳的方法是否可以作为二氧化碳的实验室制法？

【小结】以上方法都不能作为二氧化碳的实验室制法。

课件展示信息，教师演示实验比较。（见课件）

【学生活动】观察讨论，选择一种合理的实验原理。

【演示讲解】碳酸钙与稀盐酸反应生成氯化钙和碳酸，碳酸不稳定，分解生成二氧化碳和水，故最终产物为氯化钙、水和二氧化碳。

实验装置设计：请学生利用屏幕上所提供的仪器（简图），组装设计一套自认为合理的装置，并画出简图。

a、每位学生在草稿本上设计一套实验装置，并以小组为单位展开讨论，将本小组认为最合理的设计草图记录在实验报告上。（教师巡视并记录学生活动情况）。

b、小组代表上台展示并解释设计思想。（选取2-3个代表上台展示，并实物投影）

【归纳小结】综合展示几套设计装置并评价。

利用本组所设计的实验装置制取并收集一瓶二氧化碳，验满操作。

【学生活动】小组实验，分工合作。

a、组合装置，制取气体。

b、记录、分析讨论实验中所遇到的问题。

c、将产生气体通入澄清石灰水溶液，验证该气体是否为二氧化碳？

d、学生自我评价其设计装置的优、缺点。

e、小组间进行比较，找出异同，反思各自设计装置的不足，并总结归纳本实验最佳装置。

【归纳小结】归纳实验室制取二氧化碳气体的适宜装置，并简要回顾实验过程。

【课堂小结】（见课件）

【课堂评价练习】（见课件）

【布置作业】P112，T1、2

（2）交流总结：请将你（小组）认为最合理的装置图画在下面：

   【该课教学被全程录像下来并制成光盘；上课地点：腊市中学；时间：】

『实验室制取二氧化碳』知识归纳

二. 仪器装置（如下图所示）

    “加”：从长颈漏斗（或分液漏斗）加入稀盐酸。

    “验满”：用燃着的木条放在集气瓶口，木条熄灭证明已收集满。

    用向上排空气法收集二氧化碳（因为二氧化碳密度比空气大）。不能用排水法收集二氧化碳（因为二氧化碳溶于水）。

    装置注意事项：发生装置的导管露出塞子即可，不能伸入过长；长颈漏斗下端要伸入液面以下。

    操作注意事项：用向上排空气法收集二氧化碳时导管要伸入集气瓶底部。

六. 实验室制取二氧化碳析疑

    （一）为什么选用大理石或石灰石制取二氧化碳?

答：大理石或石灰石的主要成分是碳酸钙。碳酸盐跟酸起反应，一般都有二氧化碳生成。若选用可溶性的碳酸盐（如碳酸钠等），与酸反应速度过快，难以控制；若选用不溶性碳酸盐（如碳酸镁等），则其来源一般较少。大理石或石灰石与酸反应适中，其在自然界中含量也极其丰富，价格低廉。所以，选用大理石或石灰石制二氧化碳。

    （二）实验室制取二氧化碳时，为什么最好选用稀盐酸?

答：如果用稀硫酸和大理石或石灰石反应，有关化学方程式为：CaCO₃+H₂SO₄=CaSO₄+H₂O+CO₂↑，结果生成微溶性固体硫酸钙，它覆盖在大理石或石灰石表面，使酸与大理石或石灰石脱离接触，导致反应太缓慢。

如果用硝酸与大理石或石灰石反应，由于硝酸是一种不稳定性的酸，在见光或受热时易分解：4HNO₃＝4NO₂↑＋O₂↑＋2H₂O，从而使制得的CO₂中混有NO₂和O₂等杂质。

    如果用浓盐酸和大理石或石灰石反应，由于浓盐酸具有挥发性，使制得的CO₂中混有较多的氯化氢气体。

    用稀盐酸和大理石或石灰石反应，所得CO₂气体平稳，气体又较为纯净，所以选用稀盐酸制CO₂最合适。

    （三）实验室制取二氧化碳装置，需要哪些仪器?使用时应注意什么事项？

    答：仪器有广口瓶（平底烧瓶、锥形瓶等）、长颈漏斗、双孔橡皮塞、导管、集气瓶。

    使用时应注意的事项有：（1）要用镊子夹取石灰石或大理石。装入广口瓶（平底烧瓶、锥形瓶等）时要注意“一横、二放、三竖”。

    （2）插入广口瓶（平底烧瓶、锥形瓶等）内的导管不能伸入液面以下，也不宜过长，只需刚刚露出塞子即可，这样才能有利于气体导出。

    （3）稀盐酸应从长颈漏斗加入，长颈漏斗的下端管口要伸入液面以下，防止反应生成的气体从长颈漏斗逸出。

    答：把产生的气体通入盛有澄清石灰水的试管中，若石灰水变浑浊，则证明生成的气体是CO₂。

答：CO₂能溶于水，故不能用排水法收集；CO₂的密度比空气大，故采用向上排空气法收集CO₂。

    答：用一根燃着的木条放在集气瓶口，若木条立即熄灭，则证明瓶内已充满CO₂，否则说明CO₂没有收集满。

    （七）实验室里能否用启普发生器来制取二氧化碳？

答：能。用启普发生器来制取的气体必须符合以下三个条件：（1）块状固体和液体反应产生气体；（2）生成的气体难溶于水；（3）反应不需加热。实验室制取CO₂常用块状的大理石或石灰石与稀盐酸反应，且反应不需加热，生成的CO₂气体虽能溶于水，却难溶于稀盐酸。所以，能用启普发生器来制取CO₂。

小学科学常用实验仪器使用方法及注意事项

①常温或加热条件下，用作少量试剂的反应容器。

②收集少量气体和气体的验纯。

①可直接加热，用试管夹夹住距试管口1/3处。

②试管的规格有大有小。不加热时，试管内盛放的液体不超过容积的1/2，加热时不超过1/3。

③加热前外壁应无水滴；加热后不能骤冷，以防止试管破裂。

④加热时，试管口不应对着任何人。给固体加热时，试管要横放，管口略向下倾斜。

⑤不能用试管加热熔融强碱性物质。

正确方法：“三指握两指拳”。即大拇指、食指、中指握住试管，无名指和小指握成拳，和拿毛笔写字有点相似。手指握在试管中上部。

常见错误：用手一把抓或将无名指和小指伸开；位置靠上或靠下。

①溶液的蒸发、浓缩、结晶。

①盛液量不超过容积的2/3。

②可直接加热，受热后不能骤冷。

③应使用坩埚钳取放蒸发皿。

用于物体加热时垫在支架或三角架上，使物体受热均匀。

（1）、操作时要小心，在加热前把石棉网放在架上。

（2）、实验完后，不要急于拿下石棉网，以免烫伤。

①用作固体物质溶解、液体稀释的容器。

②用作较大量试剂发生反应的容器。

③用于过滤、渗析、喷泉等实验，用于气密性检验、尾气吸收装置、水浴加热等。

④冷的干燥的烧杯可用来检验气体燃烧有无水生成；涂有澄清石灰水的烧杯可用来检验气体。

①常用规格有50mL、100mL、250mL等，但不用烧杯量取液体。

②应放在石棉网上加热，使其受热均匀；加热时，烧杯外壁应无水滴。