【教学案例】自制二氧化碳型蚊虫诱捕器

1 项目主题内容分析

本课选自人教版九年级上册(2024年版）第六单元“碳和碳的氧化物”课题3“二氧化碳的实验室制取”，是一节综合复习课。教材中涵盖的主要内容包括：实验室制取二氧化碳的试剂选择与原理分析、制取装置的选择与评价、二氧化碳的检验及验满。《义务教育化学课程标准(2022年版）》（以下简称“课标”）要求学生“能设计简单实验，制备并检验二氧化碳；能基于真实问题和情境，依据常见物质的性质，初步分析和解决相关的综合问题”。基于“课标”分析，自制蚊虫诱捕器项目教学有以下价值：(1)将实验室制取气体的一般思路与方法迁移到实际生活，巩固制取气体的认知模型；(2)增强学生的实验探究能力，通过探究活动，初步养成注重实证、严谨求实的科学态度；(3)结合二氧化碳的性质与变化等相关知识，培养解决真实情境中简单实验问题的能力。

深圳市气候温暖，水源丰富，人们常被蚊虫叮咬的问题所困扰。调研发现，市售家用灭蚊器多宣传采用二氧化碳等化学因子“诱蚊剂”诱蚊靠近（部分产品配备紫光灯增强夜间诱蚊效果）搭配负压式“捕蚊装置”或电击“灭蚊装置”实现抓捕。分别以“蚊”“驱蚊”“诱蚊”为关键词在中国知网进行检索，鲜有从二氧化碳的制取角度探究蚊虫诱捕器的教学案例。由此，确定以自制CO2型蚊虫诱捕器为项目主题，引导学生体验“认识诱蚊原理并探究市售诱蚊剂、自制家用CO2诱蚊剂、自制蚊虫诱捕器（由诱蚊剂和捕蚊装置两部分组成）并检验诱捕效果”等实践活动，尝试迁移应用二氧化碳的制取、检验、装置设计及评价等学科知识，实现从巩固化学知识到形成化学核心观念，从训练基本实验技能到发展探究能力的转化。引导学生感悟化学学科价值，发展融合工程、技术、生物学、物理学等跨学科知识解决实际问题的能力，培养合作交流、批判质疑、创新实践等综合素养。

2 项目教学目标

(1)依据二氧化碳的性质，设计实验方案探究市售诱蚊剂及其诱蚊原理，解释化学现象和事实，体会物质的性质及其应用与日常生活的密切联系。

(2)运用二氧化碳制备的一般思路，结合条件控制等方法动手制作家用二氧化碳型诱蚊剂，并基于实验现象进行分析推理，解决相关的综合性问题。

(3)基于二氧化碳及其反应规律和跨学科知识，检验其效果，发展多角度分析、解决问题的能力。

3 项目任务及教学流程

项目任务及教学流程见表1。

4 项目实施过程及学习成果

4.1 认识诱蚊原理并探究市售诱蚊剂

［教师］入夏以来，蚊虫增多，蚊子通过叮咬不仅会造成人们皮肤瘙痒红肿，还可能传播登革热等疫情疾病（传播路径见图1)。生活中有哪些捕蚊装置？

［学生］户外常用粘蚊纸、捕蚊网、紫外灭蚊灯。

［教师］在室内还常用蚊虫诱捕器，通过诱蚊剂引诱蚊虫靠近，再利用主体捕蚊器实行抓捕消灭。提问：市售甲品牌化学因子诱蚊剂（如图2)宣传的诱蚊原理是什么？

［学生］阅读产品说明并回答，诱蚊剂与空气中的水分反应产生二氧化碳，分析其原理是仿生人体呼出的气体。

［教师］提供资料卡片：蚊虫的触角和下颚须存在着嗅觉器官，通过检测人体呼吸产生的二氧化碳以及代谢产生的硬脂酸、L-乳酸等气味分子定位吸血目标；蚊子有趋光性，喜欢395nm的紫光。常见的驱蚊产品多通过麻痹蚊子的嗅觉系统使其无法定位人类，诱蚊方式主要是CO2引诱剂和紫光物理引诱。

［教师］如何检验该产品产生了CO2?

［学生］利用澄清石灰水。

［教师］演示实验，向提前24小时装有诱蚊剂的潮湿塑料瓶加入澄清石灰水，拧紧瓶盖，振荡。提问：观察到什么现象、甲品牌诱蚊剂是否产生了CO2?

［学生1]石灰水未变浑浊。可能是未产生CO2。

［学生2]可能是产生的量较少，未达到使石灰水变浑浊的量。

［学生3]可能是CO2过量，发生反应。

［教师］从定量的视角分析“无现象”，解释与说明合乎逻辑，具备一定的批判性思维。

［教师］展示利用CO2传感器测定的人体呼出的气体，装有诱蚊剂的瓶内、空气中CO2含量变化（为控制变量，先向塑料瓶内喷入少量水使空气潮湿，测定瓶内空气中CO2含量，再放入诱蚊剂，24h后测定CO2含量）（见图3)。引导学生分析市售诱蚊剂CO2产生的流量未完全模拟人体呼出气流量的原因。

［学生1]不同年龄、不同体格的人的CO2呼出量是有区别的。

［学生2]分子在不断地运动，呼出的CO2会快速地扩散开，因此不需完全模拟。

4.2 设计家用二氧化碳诱蚊剂

［教师］生物学调查发现，通常情况下，CO2在浓度较低时就对蚊虫有引诱效应，对环境安全友好。请同学们根据诱蚊原理，使用生活中常见的物质设计一款家用二氧化碳诱蚊剂。

［学生］讨论交流，提出方案，结合实验室制取二氧化碳的原理分析，含有碳酸盐的物质与酸反应可产生二氧化碳。家中的鸡蛋壳、碳酸钙钙片、苏打、小苏打与白醋、洁厕灵、柠檬酸等酸性物质反应均可产生二氧化碳。

［教师］根据二氧化碳诱蚊剂反应原理选择物品时需要考虑哪些因素？

［学生］反应速率适中、条件易实现、产品纯净、操作简便、成本经济。

［教师］研究发现，不同流量的CO2诱蚊效果没有显著差异,最主要的是能持续产生二氧化碳气流。请利用家中物品设计装置，探究不同方案制取二氧化碳的缓释效果，并选择能够持续缓释二氧化碳的诱蚊剂。

［学生］讨论、设计并汇报方案，四类代表方案如图4所示。

［学生］方案a借助注射器作为反应装置，观察到注射器活塞不再移动说明反应停止，但会因摩擦力、CO2溶解性等因素造成一定的实验误差；方案b通过观察产生的气泡的速度和时长判断二氧化碳的缓释效果，但二氧化碳能溶于水，可以把水换成热水或提前通入二氧化碳至饱和以降低其溶解度；方案c塑料瓶内装液体药品，气球内装固体药品，将气球套在瓶口后，倒入固体药品，若气球缓缓变大说明缓释效果好，气球不再变化时反应停止；方案d利用带滤网的茶杯，将固体药品放在滤网上，把茶杯水平放倒，固液接触，反应开始。

［教师］提供操作简便、装置简单的气球与塑料瓶作为探究装置。

［学生］进行实验，观察现象，结论汇总如表2所示。结合实验现象，研讨决定利用柠檬酸与蛋壳反应作为诱蚊剂。

［教师］请大家结合所学知识，说说还有其他产生二氧化碳的方法吗？

［学生］碳酸饮料中溶有二氧化碳，可直接利用碳酸饮料诱蚊。

［教师］碳酸饮料中溶解的二氧化碳多吗？

［学生］通常情况下，1体积水只能溶解1体积二氧化碳，溶解量不算多，但碳酸不稳定，容易分解为二氧化碳和水：。

［教师］利用物质的性质及变化来分析问题，视角多样，思维活跃。成蚊需吸食糖餐作为能量来源，故糖溶液也具有一定的诱蚊效果,该方案理论上可行，还有没有其他方案？

［学生］初中生物课上学过酵母和蔗糖通过有氧呼吸产生CO2和水，无氧呼吸产生CO2和乳酸。

［教师］资料卡片：研究人员以酵母来源的CO2作为诱引剂进行研究，发现反应至少可以连续27h以32.4mL/min的速度产生CO2，能显著增加捕蚊器对白纹伊蚊等的诱蚊效果。酵母来源的CO2在地下车库等较封闭的空间具有较好的诱蚊效果，通风好的场所诱蚊效果不明显。通过资料可以获取哪些信息？

［学生］酵母产生二氧化碳速率较慢，但持续时间长。二氧化碳诱蚊效果受风速影响很大，要结合场所的通风情况选择使用不同反应原理的二氧化碳诱蚊剂。

4.3 自制蚊虫诱捕器并检验产品效果

［教师］诱蚊后，如何捕蚊？请同学们利用生活中的物品设计由“诱蚊剂”和“捕蚊装置”组成的“蚊虫诱捕器”。

［学生］讨论、设计并汇报方案设计。

［方案1]基于实验室制取二氧化碳的装置进行变式设计，如图5所示。

方案1.a可控制反应速率；方案1.b可通过抽拉铜丝控制固液的接触与分离以控制反应的启止，捕捉粘板面积更大；方案1.c实现了装置一体化设计，更加便携。

［方案2]查阅资料了解捕虫网的原理，结合蚊子的运动轨迹（随机游走，应用了数学模型—莱维飞行）、视力（较差）等生物特点设计一款“有进无出的装置”，如图6所示，装置简单易做，可用于户外。

［方案3]如图7所示，结合吸尘器的原理，可利用风扇制造负压环境，将蚊子吸入，随时间流逝风干。捕蚊范围更大，效果更好，但户外使用要考虑电源问题。

［教师］哪类方案抓捕范围最大？

［学生］方案3中负压吸附的捕获范围最大，可以实现主动抓捕。

［教师］如何改进方案3负压型捕蚊装置用电造成耗材成本增加、场所受限的弊端？

［学生］可以利用太阳能发电。还可以用盐水发电，将化学能转换为电能。结合所学知识改进产品的用电方式以及风扇颜色。

［项目延伸作业］

学科实践：

(1)利用传感器，小组合作探究不同原理的家用诱蚊剂缓释二氧化碳的时长，选择能持续缓释二氧化碳、经济环保的诱蚊剂。

(2)设计实验方案，进行诱蚊剂效果检验实验：以校园操场草丛作为实验地点，投放蚊虫诱捕器，检查诱蚊效果与捕获效果。完成项目评价量表（表3)。