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