例析氣球在中考化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

王榮橋

通過(guò)詳細(xì)分析近幾年全國(guó)各地的中考化學(xué)試題，筆者發(fā)現(xiàn)很多地區(qū)的實(shí)驗(yàn)命題將平時(shí)作為娛樂品的氣球用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)。利用學(xué)生身邊的“用品”設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，拉近了化學(xué)與生活的距離，激發(fā)了學(xué)生的興趣，體現(xiàn)了以人為本的命題理念，凸顯了新課程實(shí)施以來(lái)化學(xué)命題取材的廣泛性、命題思路的靈活性、考查視角的新穎性。現(xiàn)擷取部分典型試題舉例分析如下，以期對(duì)大家有所裨益。

一、收集尾氣 體現(xiàn)綠色化

有些化學(xué)反應(yīng)往往會(huì)伴隨（或產(chǎn)生）有毒的氣體，如一氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物等，如果直接把它們排放到空氣中不僅會(huì)造成環(huán)境污染、不利于對(duì)學(xué)生環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)，也忽略了對(duì)學(xué)生情感、態(tài)度、價(jià)值觀的教育，如果用氣球?qū)⑺鼈兪占饋?lái)不僅防止對(duì)空氣的污染，還可以重新用于實(shí)驗(yàn)，變廢為寶，實(shí)現(xiàn)資源的再利用。

例1.某化學(xué)小組的同學(xué)利用混有少量CO2的CO氣體還原氧化鐵，并驗(yàn)證反應(yīng)后的氣體產(chǎn)物。實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有下圖所示實(shí)驗(yàn)裝置（可重復(fù)使用）。按氣體從左到右的方向，裝置連節(jié)順序正確的是（ ）

A.甲→乙→丙→丁 B.甲→丙→乙→丁

C.乙→甲→丙→甲→丁

D.乙→甲→丙→乙→丁

分析：明確題目要求，弄清各裝置的用途，是正確解題的關(guān)鍵所在。CO氣體還原Fe2O3的化學(xué)反應(yīng)原理是：■；要驗(yàn)證反應(yīng)中產(chǎn)生CO2氣體，需要首先將原混合物中的CO2氣體除干凈；甲裝置用于驗(yàn)證二氧化碳是否存在，乙裝置用于除去原混合物中的二氧化碳，丙裝置用于CO氣體還原氧化鐵，丁裝置是收集未參加反應(yīng)的CO以免污染環(huán)境。按照本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路——除去原混合氣體中的CO2氣體→驗(yàn)證原混合氣體中CO2氣體已被除盡→進(jìn)行CO還原Fe2O3的實(shí)驗(yàn)→驗(yàn)證反應(yīng)中有CO2氣體產(chǎn)生→收集尾氣，對(duì)應(yīng)各裝置的用途，不難得出各裝置的連節(jié)順序。

答案：（C）

二、驗(yàn)證性質(zhì) 凸顯直觀化

氫氧化鈉與二氧化碳?xì)怏w之間發(fā)生的反應(yīng)是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的典型化學(xué)反應(yīng)之一，但該反應(yīng)沒有伴隨明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，看不見、摸不著，給學(xué)生學(xué)習(xí)帶來(lái)了困惑，若選擇氣球作為實(shí)驗(yàn)器材，利用氣球大小和位置的變化，獨(dú)辟蹊徑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，則會(huì)化抽象為具體，化模糊為清晰，巧妙驗(yàn)證物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)。

例2.如圖所示，在蒸餾燒瓶?jī)?nèi)加適量石灰石和稀鹽酸，經(jīng)檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體充滿燒瓶時(shí)，將一氣球緊套在瓶口，氣球逐漸脹大。然后打開彈簧夾，將注射器中NaOH溶液注入燒瓶并振蕩，氣球迅速縮小并被吸入燒瓶?jī)?nèi)。

（1）檢驗(yàn)產(chǎn)生的氣體充滿燒瓶的操作是：

________________________________。

（2）氣球被吸入燒瓶是由于NaOH溶液與瓶?jī)?nèi)氣體反應(yīng)，使瓶?jī)?nèi)氣壓_________，該反應(yīng)的化學(xué)方程式為：________________________________。

分析：氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)是初中課本學(xué)習(xí)的堿的重要性質(zhì)之一，兩種物質(zhì)之間的反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，教材中也沒有安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，學(xué)生理解起來(lái)比較困惑，本題通過(guò)氣球大小和位置的變化，驗(yàn)證二者之間的反應(yīng)，設(shè)計(jì)思路靈活，方法新穎，獨(dú)具匠心。

二氧化碳?xì)怏w的驗(yàn)滿一般是用燃著的木條，將燃著的木條放于燒瓶口，木條熄滅說(shuō)明二氧化碳已滿。石灰石和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生的CO2進(jìn)入氣球，氣球逐漸變大；NaOH與CO2反應(yīng)，消耗了CO2氣體，導(dǎo)致燒瓶和氣球組成的密閉體系中氣體壓強(qiáng)減小，氣球變癟，在大氣壓的作用下氣球被壓入燒瓶；瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)小于大氣壓強(qiáng)，在大氣壓作用下，小球逐漸變大。

答案：（1）將燃著的木條放在燒瓶口，木條熄滅，說(shuō)明氣體充滿燒瓶。

（2）小，2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

三、改進(jìn)實(shí)驗(yàn) 注重安全化

教材中探究質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)，選擇的是用加熱的玻璃棒點(diǎn)燃錐形瓶?jī)?nèi)白磷的方法，利用白磷燃燒消耗氧氣，通過(guò)反應(yīng)前后物質(zhì)的總質(zhì)量不變，驗(yàn)證質(zhì)量守恒定律。該實(shí)驗(yàn)方案中白磷燃燒時(shí)放出的熱量，使密閉體系氣體壓強(qiáng)變大，很容易將膠塞沖開，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗且存在安全隱患，若將實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，把玻璃棒換為玻璃管，并在玻璃管的上端系一個(gè)氣球，由于氣球的緩沖作用，膠塞不會(huì)被沖開，實(shí)驗(yàn)很容易成功，且保障了實(shí)驗(yàn)安全。

例3.在用白磷（白磷與紅磷組成相同，著火點(diǎn)為40℃）探究質(zhì)量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，曉涵同學(xué)將橡皮塞上的細(xì)玻璃管下端放到酒精燈火焰上灼燒至紅熱后，迅速用橡皮塞將錐形瓶塞緊，并引燃白磷，實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下圖所示。請(qǐng)回答下列問(wèn)題：

（1）實(shí)驗(yàn)觀察到A、C中氣球的大小不同，用理化知識(shí)解釋產(chǎn)生此現(xiàn)象的原因是______________；

（2）將C再次放到天平上稱量，天平仍然平衡，在此化學(xué)反應(yīng)中，從具體的反應(yīng)物和生成物分析天平平衡的原因是___________________________。

分析：反應(yīng)前A裝置中氣體的壓強(qiáng)與外界的大氣壓強(qiáng)相等，白磷燃燒，放出熱量，密閉體系內(nèi)氣體壓強(qiáng)增大，氣球變大；反應(yīng)結(jié)束，白磷燃燒消耗了密閉體系中的氧氣，冷卻至室溫，密閉體系中氣體壓強(qiáng)小于外界大氣壓強(qiáng)，在大氣壓的作用下氣球變癟。燃燒掉的白磷的質(zhì)量與消耗掉的氧氣的質(zhì)量之和等于生成的五氧化二磷的質(zhì)量，所以天平平衡。

答案：（1）白磷燃燒消耗氧氣，生成固體五氧化二磷，使瓶中壓強(qiáng)變小，小于外界大氣壓，在大氣壓的作用下，C中氣球變小，A內(nèi)壓強(qiáng)等于外界大氣壓，所以A、C中氣球大小不同。

（2）參加化學(xué)反應(yīng)（或消耗、或反應(yīng)掉）的白磷的質(zhì)量和氧氣的質(zhì)量總和等于生成的五氧化二磷的質(zhì)量。

四、探究密度 彰顯趣味化

二氧化碳的密度是二氧化碳?xì)怏w的重要物理性質(zhì)之一，是運(yùn)用排空氣法收集該氣體的重要依據(jù)，通常情況下，比較二氧化碳?xì)怏w密度與空氣密度的大小常用杠桿平衡法、天平稱量法等傳統(tǒng)方法。若以氣球?yàn)閷?shí)驗(yàn)器材，利用氣球的“沉浮”比較氣體的密度大小，則會(huì)化繁為簡(jiǎn)、直觀形象，有柳暗花明之感。

例4.某同學(xué)為探究CO2的某一性質(zhì)，進(jìn)行下圖所示的實(shí)驗(yàn)。沉在大燒杯底部的紅色氣球充滿空氣，藍(lán)色氣球充滿二氧化碳，將一集氣瓶中的二氧化碳傾入大燒杯中，發(fā)現(xiàn)其中一只氣球浮了起來(lái)，用手輕輕按壓該氣體，手一松氣球又上浮。

請(qǐng)分析回答：

__________色氣球浮起來(lái)，由此得出二氧化碳的這一性質(zhì)是_________________；如果繼續(xù)向大燒杯中傾倒二氧化碳，另一只氣球能出現(xiàn)與前一只氣球同樣的現(xiàn)象嗎？_________________________。

分析：本題打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用氣球這一學(xué)生最為熟悉的玩具為實(shí)驗(yàn)用品，巧妙設(shè)計(jì)方案，操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、趣味濃厚，展現(xiàn)了生活中處處有化學(xué)、在游戲中學(xué)化學(xué)的思想。二氧化碳的密度比空氣的密度大，所以將集氣瓶中的二氧化碳傾倒入大燒杯中時(shí)，充滿空氣的紅色氣球受到的浮力大于重力，開始上浮，充滿二氧化碳的藍(lán)色氣球重力等于浮力不會(huì)上浮。

答案：紅色，密度比空氣大，不能。

五、利用形變 呈現(xiàn)綜合化

密閉體系中氣球的體積變化與氣體壓強(qiáng)的變化密切相關(guān)。在整個(gè)密閉體系中，不論是化學(xué)變化還是物理變化，只要有氣體的放出、氣體的吸收或溫度的變化，都會(huì)引起氣體壓強(qiáng)的變化，從而最終導(dǎo)致氣球形狀的改變。

例5.某實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。若先將甲中液體擠出，觀察到氣球明顯鼓起，一段時(shí)間后，恢復(fù)原狀；再將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起。下列組合正確的是（ ）

分析：初中階段學(xué)過(guò)的常溫下固體與液體作用產(chǎn)生氣體的反應(yīng)有比較活潑的金屬與酸溶液的反應(yīng)、過(guò)氧化氫溶液與二氧化錳的作用、碳酸鹽與酸溶液的反應(yīng)等；溶解時(shí)能夠使溫度升高的物質(zhì)有固體氫氧化鈉、濃硫酸等；溶解時(shí)能夠使溫度降低的物質(zhì)有硝酸銨固體；與水反應(yīng)能夠放出熱量的物質(zhì)有生石灰等。圖中氣球首先鼓起，一段時(shí)間后恢復(fù)原狀，是由于體系溫度升高所致，說(shuō)明甲中的液體與燒杯①中的物質(zhì)作用放出熱量，一段時(shí)間后體系溫度回復(fù)至室溫，氣球恢復(fù)原狀；將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起，這說(shuō)明二者反應(yīng)產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致氣球變大。

答案：（BD）

“小小”的氣球在實(shí)驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)了眾多的角色，或收集尾氣、或驗(yàn)證氣體密度、或證明物質(zhì)溶解時(shí)的熱效應(yīng)、或驗(yàn)證物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。氣球在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，提高了學(xué)生對(duì)身邊物質(zhì)有用性的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生主動(dòng)融入到問(wèn)題解決的過(guò)程中，感到學(xué)有所得、學(xué)有所用，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的興趣和動(dòng)力。

【責(zé)任編輯 郭振玲】

例4.某同學(xué)為探究CO2的某一性質(zhì)，進(jìn)行下圖所示的實(shí)驗(yàn)。沉在大燒杯底部的紅色氣球充滿空氣，藍(lán)色氣球充滿二氧化碳，將一集氣瓶中的二氧化碳傾入大燒杯中，發(fā)現(xiàn)其中一只氣球浮了起來(lái)，用手輕輕按壓該氣體，手一松氣球又上浮。

請(qǐng)分析回答：

__________色氣球浮起來(lái)，由此得出二氧化碳的這一性質(zhì)是_________________；如果繼續(xù)向大燒杯中傾倒二氧化碳，另一只氣球能出現(xiàn)與前一只氣球同樣的現(xiàn)象嗎？_________________________。

分析：本題打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用氣球這一學(xué)生最為熟悉的玩具為實(shí)驗(yàn)用品，巧妙設(shè)計(jì)方案，操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、趣味濃厚，展現(xiàn)了生活中處處有化學(xué)、在游戲中學(xué)化學(xué)的思想。二氧化碳的密度比空氣的密度大，所以將集氣瓶中的二氧化碳傾倒入大燒杯中時(shí)，充滿空氣的紅色氣球受到的浮力大于重力，開始上浮，充滿二氧化碳的藍(lán)色氣球重力等于浮力不會(huì)上浮。

答案：紅色，密度比空氣大，不能。

五、利用形變 呈現(xiàn)綜合化

密閉體系中氣球的體積變化與氣體壓強(qiáng)的變化密切相關(guān)。在整個(gè)密閉體系中，不論是化學(xué)變化還是物理變化，只要有氣體的放出、氣體的吸收或溫度的變化，都會(huì)引起氣體壓強(qiáng)的變化，從而最終導(dǎo)致氣球形狀的改變。

例5.某實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。若先將甲中液體擠出，觀察到氣球明顯鼓起，一段時(shí)間后，恢復(fù)原狀；再將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起。下列組合正確的是（ ）

分析：初中階段學(xué)過(guò)的常溫下固體與液體作用產(chǎn)生氣體的反應(yīng)有比較活潑的金屬與酸溶液的反應(yīng)、過(guò)氧化氫溶液與二氧化錳的作用、碳酸鹽與酸溶液的反應(yīng)等；溶解時(shí)能夠使溫度升高的物質(zhì)有固體氫氧化鈉、濃硫酸等；溶解時(shí)能夠使溫度降低的物質(zhì)有硝酸銨固體；與水反應(yīng)能夠放出熱量的物質(zhì)有生石灰等。圖中氣球首先鼓起，一段時(shí)間后恢復(fù)原狀，是由于體系溫度升高所致，說(shuō)明甲中的液體與燒杯①中的物質(zhì)作用放出熱量，一段時(shí)間后體系溫度回復(fù)至室溫，氣球恢復(fù)原狀；將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起，這說(shuō)明二者反應(yīng)產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致氣球變大。

答案：（BD）

“小小”的氣球在實(shí)驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)了眾多的角色，或收集尾氣、或驗(yàn)證氣體密度、或證明物質(zhì)溶解時(shí)的熱效應(yīng)、或驗(yàn)證物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。氣球在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，提高了學(xué)生對(duì)身邊物質(zhì)有用性的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生主動(dòng)融入到問(wèn)題解決的過(guò)程中，感到學(xué)有所得、學(xué)有所用，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的興趣和動(dòng)力。

【責(zé)任編輯 郭振玲】

例4.某同學(xué)為探究CO2的某一性質(zhì)，進(jìn)行下圖所示的實(shí)驗(yàn)。沉在大燒杯底部的紅色氣球充滿空氣，藍(lán)色氣球充滿二氧化碳，將一集氣瓶中的二氧化碳傾入大燒杯中，發(fā)現(xiàn)其中一只氣球浮了起來(lái)，用手輕輕按壓該氣體，手一松氣球又上浮。

請(qǐng)分析回答：

__________色氣球浮起來(lái)，由此得出二氧化碳的這一性質(zhì)是_________________；如果繼續(xù)向大燒杯中傾倒二氧化碳，另一只氣球能出現(xiàn)與前一只氣球同樣的現(xiàn)象嗎？_________________________。

分析：本題打破傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，利用氣球這一學(xué)生最為熟悉的玩具為實(shí)驗(yàn)用品，巧妙設(shè)計(jì)方案，操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、趣味濃厚，展現(xiàn)了生活中處處有化學(xué)、在游戲中學(xué)化學(xué)的思想。二氧化碳的密度比空氣的密度大，所以將集氣瓶中的二氧化碳傾倒入大燒杯中時(shí)，充滿空氣的紅色氣球受到的浮力大于重力，開始上浮，充滿二氧化碳的藍(lán)色氣球重力等于浮力不會(huì)上浮。

答案：紅色，密度比空氣大，不能。

五、利用形變 呈現(xiàn)綜合化

密閉體系中氣球的體積變化與氣體壓強(qiáng)的變化密切相關(guān)。在整個(gè)密閉體系中，不論是化學(xué)變化還是物理變化，只要有氣體的放出、氣體的吸收或溫度的變化，都會(huì)引起氣體壓強(qiáng)的變化，從而最終導(dǎo)致氣球形狀的改變。

例5.某實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示。若先將甲中液體擠出，觀察到氣球明顯鼓起，一段時(shí)間后，恢復(fù)原狀；再將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起。下列組合正確的是（ ）

分析：初中階段學(xué)過(guò)的常溫下固體與液體作用產(chǎn)生氣體的反應(yīng)有比較活潑的金屬與酸溶液的反應(yīng)、過(guò)氧化氫溶液與二氧化錳的作用、碳酸鹽與酸溶液的反應(yīng)等；溶解時(shí)能夠使溫度升高的物質(zhì)有固體氫氧化鈉、濃硫酸等；溶解時(shí)能夠使溫度降低的物質(zhì)有硝酸銨固體；與水反應(yīng)能夠放出熱量的物質(zhì)有生石灰等。圖中氣球首先鼓起，一段時(shí)間后恢復(fù)原狀，是由于體系溫度升高所致，說(shuō)明甲中的液體與燒杯①中的物質(zhì)作用放出熱量，一段時(shí)間后體系溫度回復(fù)至室溫，氣球恢復(fù)原狀；將乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起，這說(shuō)明二者反應(yīng)產(chǎn)生氣體，導(dǎo)致氣球變大。

答案：（BD）

“小小”的氣球在實(shí)驗(yàn)中擔(dān)當(dāng)了眾多的角色，或收集尾氣、或驗(yàn)證氣體密度、或證明物質(zhì)溶解時(shí)的熱效應(yīng)、或驗(yàn)證物質(zhì)之間化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。氣球在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，提高了學(xué)生對(duì)身邊物質(zhì)有用性的認(rèn)識(shí)，使學(xué)生主動(dòng)融入到問(wèn)題解決的過(guò)程中，感到學(xué)有所得、學(xué)有所用，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的興趣和動(dòng)力。

【責(zé)任編輯 郭振玲】