氣球在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用案例

王榮橋

摘要：將氣球用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)或改進(jìn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可拉近化學(xué)與生活的距離，提高學(xué)生對(duì)身邊物質(zhì)有用性的認(rèn)識(shí)，從化學(xué)視角展示氣球的獨(dú)特作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)驅(qū)動(dòng)力。

關(guān)鍵詞：氣球；初中化學(xué)；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

文章編號(hào)：1005-6629（2013）7-0039-02

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

筆者通過多年的教學(xué)調(diào)研和切身實(shí)踐體會(huì)到：將平時(shí)用的氣球應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)，可以化抽象為直觀、化復(fù)雜為簡(jiǎn)單，提高教學(xué)效率，優(yōu)化教學(xué)效果，凸顯變廢為寶的教學(xué)理念?，F(xiàn)將氣球在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用案例進(jìn)行歸納、總結(jié)，與同行分享學(xué)習(xí)。

1 收集尾氣

有些化學(xué)實(shí)驗(yàn)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，如果用氣球?qū)⑺鼈兪占饋聿粌H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。

初中化學(xué)課本中學(xué)習(xí)煉鐵的原理時(shí)，課本例舉的是一氧化碳還原氧化鐵的實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖1所示。該實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)前要先通入CO把玻璃管內(nèi)的空氣排干凈，反應(yīng)過程中還有沒有參加反應(yīng)的CO，反應(yīng)后要繼續(xù)通入CO至試管冷卻，教材采用點(diǎn)燃的方法處理這些未參加反應(yīng)的一氧化碳，避免CO對(duì)空氣的污染，但實(shí)驗(yàn)裝置中要多用一盞酒精燈，消耗能源較多，CO燃燒產(chǎn)生的熱能也沒有得以利用，再次造成能源的浪費(fèi)。若采用圖2所示的裝置，在導(dǎo)管處加一氣球，將未參加反應(yīng)的CO收集起來，不僅防止了CO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，同時(shí)也節(jié)約了能源。

2 驗(yàn)證性質(zhì)

氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)，是初中學(xué)習(xí)的堿的重要性質(zhì)之一，由于兩種物質(zhì)之間的反應(yīng)沒有明顯現(xiàn)象，看不見、摸不著，知識(shí)比較抽象，有些教材中也沒有安排實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了困難。若選擇氣球作為實(shí)驗(yàn)器材，按照?qǐng)D3所示裝置設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)進(jìn)行操作：在體積相同均盛滿CO₂的兩個(gè)集氣瓶中，分別加入等體積的水和濃氫氧化鈉溶液。把注射器內(nèi)的水和NaOH溶液分別壓入集氣瓶，對(duì)比甲乙兩組實(shí)驗(yàn)中氣球大小變化的程度，可以有力地說明CO₂與NaOH之間確實(shí)發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

3 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

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（如圖4所示）由于氣球的緩沖作用，膠塞則不會(huì)被沖開，實(shí)驗(yàn)很容易成功，且保障了實(shí)驗(yàn)安全。

4 探究CO₂的密度

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)、形象直觀，且生動(dòng)而有趣。

如圖5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，用手輕輕按壓該氣球，手一松氣球又上浮。

5 裝置的多用途

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，無論是化學(xué)變化還是物理變化，只要有氣體的放出、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。

利用如圖6所示的裝置，我們既可以驗(yàn)證物質(zhì)溶于水放出熱量、物質(zhì)與水反應(yīng)放出熱量，還可用于驗(yàn)證反應(yīng)是否有氣體放出。

（1）滴管甲中液體為水，燒杯①中盛有生石灰，將滴管甲中液體擠出，可以看到氣球明顯鼓起，一段時(shí)間后，恢復(fù)原狀；說明生石灰與水反應(yīng)放出熱量。

（2）滴管甲中液體為過氧化氫，燒杯①中盛有固體二氧化錳，將滴管甲中液體擠出，可以看到氣球明顯鼓起，并不再恢復(fù)原狀，說明過氧化氫與二氧化錳作用產(chǎn)生氣體；當(dāng)然，若滴管甲中液體為鹽酸，燒杯中盛有碳酸鹽或比較活潑的金屬也可以達(dá)到此目的。

（3）若將滴管甲中的液體擠出觀察到氣球明顯鼓起，一段時(shí)間后，恢復(fù)原狀；再將滴管乙中的液體擠出，氣球又明顯鼓起且不恢復(fù)原狀，則滴管甲盛有的液體與燒杯①中的物質(zhì)作用，放出熱量，滴管乙中的液體與燒杯②中的物質(zhì)作用產(chǎn)生氣體。

6 測(cè)定氧氣含量

提到空氣中氧氣含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，首先想到的是利用燃燒紅磷的方法，通過密閉體系內(nèi)液面升高的數(shù)值，粗略測(cè)定空氣中氧氣的含量，該實(shí)驗(yàn)方案無論使用鐘罩還是使用集氣瓶作為密封體系，二者的形狀均是不完全規(guī)則的，因而測(cè)定的結(jié)果相對(duì)誤差較大，再者紅磷燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷容易對(duì)空氣造成污染，不利于環(huán)境保護(hù)。如果用氣球、具支試管和注射器組成（如圖7所示）的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，不但操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯、減小了實(shí)驗(yàn)誤差，而且體現(xiàn)了綠色環(huán)保的理念，利用注射器的讀數(shù)變化計(jì)算空氣中氧氣的含量，從量的角度引導(dǎo)學(xué)生思考，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)從定性分析到定量計(jì)算的過渡，做了很好的鋪墊。

“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)融入到問題解決的過程中，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。