氣球與CO₂的故事——巧用氣球創(chuàng)新設(shè)計CO₂的系列實驗

楊寶權(quán) 潘玲玲

摘要：氣球在初中化學(xué)實驗中有著廣泛的用途，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步挖掘氣球的儲氣功能，并應(yīng)用于二氧化破的系列實驗，取得了明顯的效果，也拓寬了生活用品用于改進(jìn)實驗的思路。

關(guān)鍵詞：氣球;創(chuàng)新設(shè)計;二氧化碳;化學(xué)實驗

文章編號：1008-0546（2018）10-0096-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

氣球在初中化學(xué)實驗中有廣泛的應(yīng)用，其主要作用有緩解壓強差、形成封閉體系、收集未反應(yīng)完或生成的氣體、驗證氣體密度大小等等[1]，從化學(xué)視角展示氣球的獨特作用。在此基礎(chǔ)上，筆者也嘗試靈活地使用氣球來改進(jìn)二氧化碳性質(zhì)的實驗。

一、存在的問題

二氧化碳的性質(zhì)實驗是初中化學(xué)元素化合物知識學(xué)習(xí)過程的重要內(nèi)容，雖然該系列實驗操作要求不高，學(xué)生完全能夠自主完成，但由于以下原因教師還是只能演示實驗：①課堂上當(dāng)場制取二氧化碳的啟普發(fā)生器體積較大，且價格較高，無法做到每組一臺，如此使學(xué)生喪失做中學(xué)的機會;②筆者也觀察到有教師使用簡易裝置完成實驗，但由于無法控制反應(yīng)的發(fā)生與停止，對學(xué)生的實驗技能要求較高，實驗時學(xué)生的完成率較低。這些都影響了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與學(xué)習(xí)效果。

二、創(chuàng)新思路

用碳酸鈉和硫酸反應(yīng)，短時間內(nèi)產(chǎn)生大量CO₂，并用氣球收集用于CO₂的性質(zhì)探究。利用氣球的彈性及容易得到等特點，不僅可以便于收集與排出CO₂，學(xué)生也可較輕松地完成小組實驗。具有實驗現(xiàn)象明顯、節(jié)約CO₂性質(zhì)的課堂教學(xué)時間、增強實驗的趣味性及培養(yǎng)學(xué)生循環(huán)使用藥品的意識等優(yōu)點。

三、實驗用品

1.實驗儀器

100mL錐形瓶、針筒、集氣瓶、單孔橡皮塞兩個、氣球、小試管、酒精燈、試管夾、藥匙、燒杯、蠟燭、火柴。

2.實驗藥品

碳酸鈉固體、稀硫酸、紫色石蕊試液、氫氧化鈉溶液。

四、系列創(chuàng)新設(shè)計

1.造CO₂球

（1）實驗步驟

①錐形瓶內(nèi)放一定量碳酸鈉，注射器內(nèi)裝稀硫酸，連接好裝置如圖1。

②將稀硫酸注人到錐形瓶中，氣球迅速變大，用止水夾夾緊乳膠管。

（2）創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點

①操作簡便，且反應(yīng)速度快，不需要在課前早早準(zhǔn)備好CO₂氣體。

②通過氣球大小可以直觀看出氣體的量，并且密封性較強，氣體不易泄漏。

③收集的氣體較純，性質(zhì)實驗時現(xiàn)象明顯。又將稀硫酸代替稀鹽酸，避免了HCl對實驗的影響。

2.CO₂與紫色石蕊試液反應(yīng)

（1）實驗步驟及現(xiàn)象

①大試管配備一帶長導(dǎo)管的橡皮塞，并將長導(dǎo)管與CO₂球相連接，長導(dǎo)管伸入石蕊試液（如圖2）。打開止水夾，鼓入CO₂氣體，可觀察到試液變紅。

②上提長導(dǎo)管，給試管進(jìn)行加熱（如圖3），試液又變回紫色，關(guān)閉止水夾。

（2）創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點

①氣球試管形成密封體系可以進(jìn)行循環(huán)實驗。

②氣球可儲存氣體，忽略少量溶于水中的CO₂，氣球中氣體的體積基本不變，還可以繼續(xù)完成其余性質(zhì)實驗，如通入到澄清石灰水中、用于熄滅蠟燭等。

3.CO₂滅火實驗

（1）實驗步驟及現(xiàn)象

①將一導(dǎo)管與CO₂球相連接，將導(dǎo)管口貼著燒杯壁上端（如圖4）。

②打開止水夾，讓氣體從氣球內(nèi)逸出，可觀察到蠟燭從下而上依次熄滅。

（2）創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點

①與傾倒二氧化碳相比，用玻璃導(dǎo)管導(dǎo)出氣體，出口小，氣體不易散開，實驗時間短及成功率高。

②氣球由下而上熄滅實驗現(xiàn)象更明顯。

③若直接打開止水夾由于壓強原因氣體會快速逸出，直觀讓學(xué)生感受滅火器原理，趣味性強。

4.驗證二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)

（1）實驗步驟及現(xiàn)象

往裝有二氧化碳的集氣瓶中加入少量NaOH溶液，用氣球充當(dāng)玻璃片，振蕩。氣球慢慢滑入集氣瓶，數(shù)秒后，用氣球可將瓶子提起來（如圖5）。

（2）創(chuàng)新設(shè)計的優(yōu)點

①與傳統(tǒng)的“瓶吞熟雞蛋”趣味實驗相比，改進(jìn)后的實驗設(shè)計成功率高且操作簡便、可重復(fù)實驗;而與內(nèi)（外）置氣球相比，此實驗更簡單有趣，現(xiàn)象也非常明顯。

②由于氣球的緩沖作用，實驗過程相當(dāng)安全。當(dāng)然氣球不能過大，否則在被吸人過程中容易爆炸。

五、實驗反思

本實驗創(chuàng)新設(shè)計主要利用氣球收集和貯存氣體，現(xiàn)象明顯，不僅氣密性好、操作簡單，而且可以實時知道氣體有沒有逸出，避免因氣體逸出而造成的實驗失敗現(xiàn)象，如果應(yīng)用于家庭小實驗，將更加方便。由此可見，氣球在化學(xué)實驗中的應(yīng)用還有很大的拓展空間，還可以進(jìn)一步開發(fā)出新的用途，不僅如此，教師可以挖掘出更多的生活小物品應(yīng)用于改進(jìn)學(xué)生實驗或課外興趣實驗，這樣不僅可拉近化學(xué)與生活的距離，提高學(xué)生對身邊物質(zhì)有用性的認(rèn)識，而且可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)驅(qū)動力，也有利于激發(fā)學(xué)生的想象力、提升實踐與創(chuàng)新素養(yǎng)[2]。

（說明：本實驗改進(jìn)獲2017年揚州市創(chuàng)新實驗調(diào)演一等獎。）

參考文獻(xiàn)

[1]胡巢生.例談氣球在化學(xué)實驗中的使用[J].北學(xué)教學(xué)，2017（4）：71-73

[2]王榮橋.氣球在初中化學(xué)實驗中的應(yīng)用案例[J].化學(xué)教學(xué)，2013（7）：39-40