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视频课题：第五届全国初中化学实验教学说课视频《二氧化碳收集方法再探究》-郑州
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国初中化学实验教学说课视频《二氧化碳收集方法再探究》-胡德辉郑州市第十九中学初中化学
《二氧化碳收集方法再探究》教学设计
郑州市第十九中学 胡德辉
一、使用教材：
义务教育教科书人教版九年级化学第六单元 课题 2
二、实验器材：
试管、250mL烧杯、二氧化碳发生装置、橡胶管、玻璃导管、150mL集气瓶、玻璃片、秒表、注射器、软塑料瓶、带导管的橡胶塞、止水夹、氧气传感器、改造过的单孔橡胶塞（图 1）。
图 1
火柴、水、品红、小苏打、柠檬酸、氢氧化钠溶液。
三、实验创新要点：
1、人教版化学九年级上册课本中，没有明确指出实验室不能用排水法收集二氧化碳，但是课本114页在介绍排水法时明确指出：排水法适用于不易溶于水，不与水反应的气体。学生在未进行实验探究的情况下会自然而然认为二氧化碳不能用排水法收集，所以有必要对二氧化碳收集方法进行深入挖掘。
2、在实验探究过程中，问题的设置和结论的得出具有连续性和逻辑性，更加突出化学学科的严谨性。
3、引入二氧化碳发生装置、气体传感器等数字化仪器，使实验过程更严谨、实验现象更明显、实验结论更可信。让学生直观感受到科技的发展对科学研究的推动作用，有助于培养学生较高的信息意识，提高数字化生存能力，适应社会信息化趋势。
四、实验设计思路：
1、通过排水法和向上排气法的对比，得出排水法比向上排气法所需时间较长，从时间角度考虑，似乎实验室不适合用排水法收集二氧化碳。
2、提出猜想：收集二氧化碳时向上排气法比排水法所需时间短，可能是由于集气瓶口木条熄灭时二氧化碳还未收集满。
3、通过两个软塑料瓶的变瘪程度证明判断哪种方法收集的二氧化碳更纯净，并通过氧气传感器对两种方法收集的二氧化碳进行定量研究。
5、借助氧气传感器，测量“用向上排气法收集等体积、等浓度的二氧化碳”需要多长时间。
6、将排水法和向上排气法收集的二氧化碳的浓度和收集时间进行对比，综合判断实验室是否适合用排水法收集二氧化碳。
五、实验教学目标：
知识与技能方面通过实验探究，知道实验室合适用排水法收集二氧化碳。学会实验探究的一般思路。
过程与方法方面通过实验探究，运用比较、分析、归纳等方法，体验探究活动的乐趣。
情感态度价值观方面通过探究式学习初步养成批判性思维和创造性思维。通过对数字化教学工具的使用，明白科技发展对科学研究的重要作用。
六、实验教学内容
本节课是学生学过二氧化碳的性质及收集方法后的拓展探究，利用排水法和排空气法收集二氧化碳的效果不同探究是否适合用排水法收集二氧化碳。
七、实验教学过程：
提出问题一：
二氧化碳能溶于水，能与水反应的这两个性质，对排水法收集二氧化碳的影响有多大？
收集证据：
1、在“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”中就已经用排水法收集到了二氧化碳。
2、二氧化碳与水反应生成碳酸，碳酸不稳定易分解，又生成二氧化碳。
3、二氧化碳可溶于水，但该过程需要时间较长。
为了让同学们直观感受到第三个证据，我课前做了一个实验：将装满二氧化碳气体的试管倒扣在品红溶液中，其中，品红不与二氧化碳反应，只是起到便于观察的作用。1个小时后，试管内液面上升很少（图 2），24小时后，试管内液面上升明显，但还没有满（图 3）。
图 2 图 3
通过这个实验可以验证，虽然二氧化碳可溶于水，但溶解速率较慢。
猜想与假设：
二氧化碳可溶于水且可与水反应的性质对 排水法收集二氧化碳有较小影响。
实验探究一：
学生代表进行演示实验，将二氧化碳发生装置的压力和放气阀调至指定位置，分别用排水法和向上排气法收集一瓶二氧化碳气体，并用秒表记录收集满所需时间（图 4）。
图 4
实验现象：
排水法可以收集到二氧化碳，用时平均为33秒，向上排气法用时平均为13秒。
得出结论：
①排水法可以收集到二氧化碳气体 ②排空气法比排水法所用时间少。
所以二氧化碳能溶于水且能与水反应的性质对排水法收集二氧化碳有影响，实验室不合适用排水法收集二氧化碳。
实验反思：
该结论有不严谨之处：排水法收集二氧化碳是，能够直观看到水被全部排出，有大量气泡从瓶口冒出，证明二氧化碳收集满。向上排气法利用集气瓶口燃着的木条熄灭，证明二氧化碳收集满。
提出问题二：
集气瓶口燃着的木条熄灭就能证明二氧化碳收集满了吗？
收集证据：
用排水法收集两瓶不同浓度的二氧化碳气体，二氧化碳所占体积分数分别为10%和30%，将燃着的木条分别伸入两个集气瓶中。发现，将燃着的木条伸入30%的集气瓶中时，木条熄灭，伸入含二氧化碳10%的集气瓶中则正常燃烧。
收集判断依据：当二氧化碳含量达到30%时，就足以使燃烧的木条熄灭。
猜想与假设：
集气瓶口燃烧的木条熄灭时，二氧化碳可能没有收集满。
实验探究二：
用两个软塑料瓶收集两瓶二氧化碳，其中，一瓶用排水法收集，一瓶用向上排气法收集。与塑料瓶连接的两个相同的注射器中加入等体积、等浓度的氢氧化钠溶液（图 5）。
补充知识点：氢氧化钠溶液可以与二氧化碳反应，但不与空气中的其他气体反应。
将氢氧化钠溶液注入软塑料瓶中，振荡。
实验现象：
用排水法收集的二氧化碳瓶子比用向上排气法收集的二氧化碳瓶子变得更瘪。
得出结论：
“燃着的木条在集气瓶口能迅速熄灭”作为二氧化碳收集满的判断依据不严谨。排水法收集的二氧化碳纯度较高。
提出问题三：
如何定量分析“排水法可以比向上排气法收集到纯度更高的二氧化碳”？
实验探究三：
可以借助数字化教具：气体传感器来进行测量。由于市面上的二氧化碳传感器都是用来测量空气中的二氧化碳含量，量程较小，没有适合本实验的二氧化碳传感器，所以借助氧气传感器间接测出集气瓶中二氧化碳的体积分数。因为氧气约占空气体积分数的1/5，如果测出氧气占比为X，则二氧化碳的体积分数就约为1-5X。
由于氧气传感器无法固定在集气瓶上，需要将氧气传感器与提前制作好的带孔橡胶塞连接（图 6），提高装置的气密性，增加数据准确程度。
图 6
将氧气传感器与两瓶分别用向上排空气法和排水法收集的二氧化碳集气瓶连接，从电脑屏幕上读出两瓶气体中氧气的体积分数，从而计算出二氧化碳的体积分数。
实验现象：
用排水法收集的集气瓶中氧气含量为2.4%（图 7），则二氧化碳含量约为88%，用排空气法收集的集气瓶中氧气含量为6.7%（图 8），则二氧化碳含量约为67%。
图 7 图 8
由于这个实验中用到的仪器准确度较高，操作过程中可能会由于气体流动而出现误差。除去误差干扰后，我们仍然能够得出排水法比向上排气法收集到的二氧化碳更纯净。
提出问题四：
若用向上排空气法收集等体积、等浓度的二氧化碳，需要多长时间？
实验探究：
将橡胶塞进行改装，与氧气传感器连接，再将其与集气瓶连接，用向上排气法收集二氧化碳（图 9）。
图 9
待传感器示数达到与排水法相当的示数时，停止收集，记录时间。
实验现象：
用向上排空气法收集等体积、等浓度的二氧化碳，时间为33 s时集气瓶中二氧化碳体积分数约70%，二氧化碳体积分数达到88%所需时间为50 s（图 10）。
图 10
排水法收集二氧化碳，集气瓶中二氧化碳体积分数为88%，学生演示实验时，排水法收集满所用时间为33 s.
得出结论：
无论从收集得到气体的纯度还是收集时间上考虑，实验室合适用排水法收集二氧化碳。
八、实验效果评价：
本节课较好完成了制定的教学目标：
①在课本学习的基础上，对于二氧化碳的收集方法进行深度挖掘，问题的设置具有连续性和逻辑性，结论更具有说服力。使学生对实验探究的一般思路和方法有了清晰的认识。通过创新实验，提高学生创造性思维，提高设计探究性实验的能力。
②引导学生不拘泥于课本的学习，让学生充分认识到“化学是一门以实验为基础的科学”，有助于学生养成批判性思维。
③借助数字化仪器，不仅提高了实验的科学性，也 让学生体会到科技发展对科学研究起到的推动作用,有助于培养学生较高的信息意识，提高数字化生存能力，适应社会信息化趋势。
并且，这三点也符合“中学生发展核心素养”中对应的三点内容。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
