以乾冰为主题的科学创意实验.docx

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以乾冰为主题的科学创意实验

以[乾冰]為主題的科學創意實驗

一、教學目標：

了解二氧化碳的物理和化學性質與用途

1.藉由有趣的乾冰實驗，引發學習興趣，並瞭解二氧化碳的性質與用途。

2.了解二氧化碳和人類生活的關係與應用。

二、教材設計原理

乾冰對國中學生來說，可能是比較不容易接觸的物質，但是另一方面，乾冰相關的概念跟我們的理化卻是息息相關，所以我們有必要讓學生對乾冰有更進一步的認知。

在學生學完乾冰相關的概念之後，適時引入這個活動，將教材融入遊戲與實驗中，並使學生在遊戲實驗中對乾冰有更進一步的認識

教材設計理念參考自Forgaty的課程統整的張網式、Beane的概念統整課程的設計模式與李坤崇、歐淑敏概念或學科的主題統整模式。

這種模式即是一種擴散性的思考模式（如圖4），

其設計模式如下：

三、教材設計的架構

首先以「乾冰」為主題，讓再思考理化與乾冰相關的概念。

進而以遊戲及體驗的方式設計教學活動。

經由討論後發展出幾個的教學活動。

1.教學活動一是乾冰的外觀：

包括觀察乾冰與冰的不同

2.教學活動二是二氧化碳的不助燃：

觀察燭火與二氧化碳相遇時的反應

3.教學活動三是乾冰的昇華：

並了解昇華的現象及物質的三相變化，乾冰所產生的二氧化碳會使金屬產生震動。

4.教學活動四是二氧化碳水溶液：

二氧化碳溶於水呈酸性

5.教學活動五是乾冰的氧化還原：

鎂帶置入乾冰內燃燒將產生黑色的碳。

6.教學活動六是乾冰與石灰水的反應

7.教學活動七:

乾冰趣味遊戲

為了讓教學活動更吸引人，因此筆者依各個概念的名稱再另訂活動名稱，

4.主題教學設計概念：

因為我們此次活動的教學對象是國二升國三學生，他們已經上過國中理化一二冊二氧化碳、浮力、密度等相關概念，對於乾冰的相關概念及其與生活的應用已有初步的認知，但是可能不近完全，此時引入這個活動剛好可以讓他們對乾冰有更多的興趣與體會，此時建立好他們的觀念，對於將來教材的銜接與連貫有相當大的幫助。

藉由一連串乾冰實驗鍛鍊學生學理與實驗現象之連結、分析觀察能力及思考判斷能力，並經由活動讓學生對於乾冰箱性質能夠更加熟悉，能將之前所學的觀念有更進一步的釐清及更深入的探討。

5.主題教學活動：

乾冰與冰的觀察

目的：

觀察乾冰與冰的不同，並了解昇華的現象及物質的三相變化。

器材：

乾冰、衛生紙、冰塊、手套。

方法：

（1）發給每人一塊乾冰及一塊冰塊及數張衛生紙。

（2）將乾冰、冰塊分別放在衛生紙上。

（3）數分鐘後放冰塊的衛生紙溼了，放乾冰的衛生紙依然是乾的。

【概念導引】

（1）「乾冰」是冰嗎？

「乾冰」是什麼？

為什麼叫做「乾冰」？

參考答案：

「冰」中文的定義應該是固態的水，注意呦～含有水的成分。

「乾冰」呢？

卻完全不含有水的成分，它不是水凝結而成的，而是固態的二氧化碳，是無色、無味的氣體二氧化碳凝結而成的。

（2）固體的乾冰不會經過溶化為液體的階段，只會直接蒸發為氣體的二氧化碳，這種由固體直接變成氣體，不經過液體狀態的現象，叫做「昇華」。

（3）比較乾冰的昇華現象與冰塊融化時濕淋淋的感覺，同學可輕易了解為何固態的二氧化碳稱為乾冰。

乾冰與冰

1.觀察：

（1）兩張衛生紙的不同？

（2）濕濕的是因為冰　　　　　成　　　了，那乾冰變成　　　，這種現象稱為　　　　。

（3）乾冰周遭產生白煙，（加水更明顯）這是什麼？

（可以再帶入各種白煙是什麼狀態的概念）

（4）把臉靠近乾冰感覺　　　　，這是什麼現象？

尖叫的金屬片

目的：

了解熱的傳導現象及振動產生聲音。

器材：

乾冰、冰塊、金屬製品（如：

湯匙、硬幣、鐵尺等）、手套。

方法：

聽看看乾冰與冰和金屬製品接觸的話，會有聲音嗎？

【概念導引】

將乾冰和金屬製品接觸的話會有"滋滋"的聲音。

請問一下這是什麼原理呢？

尖叫連連

1.產生聲音的條件?

2.放在乾冰上的金屬為何會發出尖銳的聲音?

3.用手觸摸金屬感覺涼涼的,這是熱的現象。

乾冰瀑布

目的：

觀察乾冰遇水急速汽化的現象、了解雲霧的形成原理

器材：

乾冰、茶壺等容器、冷熱水。

方法：

（1）選用具有夾縫設計的容器，夾縫開口朝向學生。

（2）將乾冰（片狀或塊狀皆可）放入盆子內，詢問學生觀察到的現象。

【概念導引】

（1）觀察到的白色煙霧是什麼？

參考答案：

乾冰遇水迅速吸熱而昇華為氣態的二氧化碳，過程中由於吸收許多熱，使得二氧化碳氣體周圍的水氣冷凝成小水滴，而產生白色的煙霧；而二氧化碳是無色氣體。

（2）為何白色煙霧會向下流形成瀑布狀？

盆內為何會騰雲駕霧，大部分的煙霧不會飄起來？

參考答案：

二氧化碳分子量44g/mole，比空氣平均分子量28.8g/mole重，加上溫度較低，所以飛不起來。

（3）為什麼乾冰一放入水中就有劇烈沸騰的現象？

參考答案：

乾冰與水接觸時，因為吸收熱量，迅速昇華為二氧化碳氣體，造成視覺上的沸騰現象

無形的水

目的：

了解二氧化碳比空氣重及應用二氧化碳滅火。

器材：

乾冰、容器、蠟燭、打火機、手套。

方法：

（1）容器內裝入乾冰

（2）將容器中的二氧化碳倒上點燃的蠟燭，燭火就熄滅，顯示產生的氣體二氧化碳不具有助燃性。

【概念導引】

為何無形的水可以用來滅火?

以點燃的蠟燭接近白色煙霧，燭火就熄滅，顯示產生的氣體二氧化碳不具有助燃性。

滅火器即利用產生的二氧化碳來滅火。

煮沸的牛奶

目的：

了解二氧化碳的檢驗方法。

器材：

乾冰、水、杯子、澄清石灰水、手套。

方法：

將一顆小乾冰丟入準備好的澄清石灰水倒入即可。

【概念導引】

澄清石灰水溶液與水中的二氧化碳接觸，產生白色混濁的碳酸鈣。

CO2+Ca（OH）2èCaCO3+H2O

乾冰氣球炸彈

目的：

了解發生相變後，氣體體積遠大於固體體積。

器材：

小塊乾冰數個、水、寶特瓶數個、氣球數個、手套。

方法：

（1）準備數個寶特瓶，並在瓶內各裝約2/3滿的水。

（2）準備好可以塞入寶特瓶口大小之乾冰塊數小塊。

（3）將乾冰放入保特瓶中，並將氣球套在寶特瓶口，稍以手扶著瓶子固定氣球，觀察氣球膨脹

注意：

提醒同學勿將寶特瓶蓋蓋上，否則由於氣體體積迅速膨脹，將脹破寶特瓶!

【概念導引】

由這個遊戲，可以讓學生體驗物質在固體與氣體體積上明顯的差異。

乾冰孵蛋蛋

目的：

利用乾冰急速汽化的二氧化碳來吹泡泡，以產生特殊的效果，並具體體驗乾冰昇華之速度。

器材：

乾冰、水、造型杯子、圓形盆、洗碗精、手套。

方法：

（1）將乾冰放入各種特殊造型的杯子或盆子中。

（2）於容器內放入少許的洗碗精。

（4）不同容器將產生不同的特殊效果，如：

瘦深形狀的杯子，跑出一條白蛇！

圓形的盆子裡，不斷的孵出許多蛋蛋！

【概念導引】

由於乾冰放在水中，氣體受到壓力自然形成氣泡，這些氣泡若遇到洗碗精時，就像吹泡泡一樣，由於洗碗精的表面張力大，足以將二氧化碳氣體限制在泡泡中。

又因為二氧化碳比空氣重，不會飄揚起來，一個個氣泡又迅速生成，加上氣泡間彼此的吸附效果，就像一顆顆小蛋蛋接踵生出！

無重力狀態

目的：

利用二氧化碳密度比空氣大的原理，來撐住泡泡，以產生特殊的效果

器材：

乾冰、水、盆子、泡泡槍、手套。

方法：

（1）將部分乾冰放入水槽中。

（2）在盆子上吹出泡泡

（3）觀察泡泡漂浮情形

【概念導引】

為何泡泡會浮在水槽上?

無重力狀態

1.吹出來的泡泡中所含的氣體大部分是

2.物體要浮，必須考慮　　　　。

3.泡泡要浮在空中必須密度要　　　　空氣！

4.為什麼泡泡會浮在乾冰上呢？

火與冰

目的：

利用鎂的活性比碳大，而使的鎂帶能夠在低溫的乾冰中燃燒，發生氧化還原現象

器材：

乾冰、鎂帶、鎂粉、電鑽、手套。

方法：

（1）將部分乾冰鑽洞，以便放入鎂粉。

（2）將鎂帶插入鎂粉

（3）點燃鎂帶並將乾冰蓋上

【概念導引】

燃燒需要氧，所以蠟燭可在空氣中燃燒，而正在燃燒的蠟燭遇到二氧化碳就會熄滅，可是在實驗中鎂粉可在密閉的乾冰中繼續燃燒，氧氣從哪裡來呢？

冰與火

1.燃燒除了可燃物，達燃點，還要　　　　　

2.鎂帶要放在酒精燈火焰的哪一部位燃燒時，速度較快？

為什麼？

3.鎂帶與鎂粉哪一個反應較快？

　　　　　為什麼？

4.乾冰蓋住時，鎂粉還繼續燃燒，氧氣從哪裡來？

5.雖然二氧化碳　　　　　，但鎂的活性比碳　　　，所以會進行　　　　　反應，燃燒結束會產生黑色的　　。

（ps：

建議先做無形的水的實驗，讓學生了解二氧化碳不助燃，會滅火！

！

）

乾冰的變色實驗

目的：

利用二氧化碳溶於水形成酸性溶液，配合多樣的酸鹼指示劑製造出多變的顏色

器材：

乾冰、酸鹼指示劑、燒杯、手套。

方法：

（1）將酸鹼指示劑滴入容器並且加水

（2）將乾冰放入燒杯中加水

【概念導引】

1.二氧化碳溶於水形成酸性溶液

2.將半顆乾冰加入紫高麗菜汁中，結果高麗菜汁會變成　　　色？

會不會冒出煙霧？

3.將半顆乾冰加入藍色指示劑中，結果藍色指示會變成　　　色？

4.在透明的酚酞水溶液（500CC）中放入一粒的氫氧化鈉，攪拌一下，結果水溶液會變成什麼色？

色，將變色的水溶液放入一小粒的乾冰，結果水溶液會變成什麼色？

乾冰實驗的危險性

注意一：

有學生卻把乾冰偷偷放入裝水的保特瓶中，而且還關起來，密閉容器有高壓氣體是很危險的事

注意二：

乾冰的溫度極低，有學生去摸乾冰，但若超過3~5秒鐘，就有可能會凍傷。

危險3：

白色煙霧的主要組成份是水氣與二氧化碳，二氧化碳碰到水，會形成碳酸，大吸一口，會造成學生呼吸道的強烈刺激，而導致強烈咳嗽或不適。

危險4：

二氧化碳濃度可能會過高，請注意通風