變大的小氣球

河北省保定市新市區(qū)樂凱中學(xué) 閆 霞

變大的小氣球

河北省保定市新市區(qū)樂凱中學(xué) 閆 霞

學(xué)習(xí)堿的化學(xué)性質(zhì)時，老師做了一個趣味實驗。如圖1所示，在集氣瓶上配一個單孔塞，單孔塞上固定一根細玻璃管，玻璃管的下端系上一個癟的小氣球。實驗時先在集氣瓶內(nèi)裝滿二氧化碳氣體，然后倒入氫氧化鈉溶液，迅速蓋緊單孔塞，并輕輕搖晃集氣瓶，可以看到集氣瓶內(nèi)的小氣球慢慢變大，直到幾乎要充滿整個集氣瓶。這是怎么回事呢？

圖1

原來，氫氧化鈉與集氣瓶中的二氧化碳反應(yīng)，使瓶內(nèi)的氣體體積減小，氣壓小于瓶外的大氣壓，所以氣球的體積會由小變大。

分析完了實驗原理，老師又針對這個實驗提出了一系列問題，讓我們也一起來思考一下吧。

問題一：這個實驗真的可以證明二氧化碳確實是與氫氧化鈉發(fā)生了反應(yīng)嗎？

氫氧化鈉溶液中除了氫氧化鈉之外還有水。結(jié)合二氧化碳的性質(zhì)我們知道，二氧化碳能溶于水，這也會使瓶內(nèi)的氣壓變小。那怎樣才能排除水對實驗的干擾呢？很快便有同學(xué)想到做一個對比實驗：準(zhǔn)備兩個如圖1所示的實驗裝置，都收集滿二氧化碳氣體，然后向兩瓶內(nèi)分別倒入等體積的水和氫氧化鈉溶液，觀察有沒有不同的現(xiàn)象。大家觀察到，倒入水的集氣瓶內(nèi)的氣球也變大了，但是相比倒入氫氧化鈉溶液的那個集氣瓶內(nèi)的氣球小多了。氫氧化鈉溶液消耗了更多的二氧化碳，這說明二氧化碳確實能與氫氧化鈉發(fā)生反應(yīng)。

問題二：在這兩個實驗中，氣球變大的原理相同嗎？還有哪些實驗應(yīng)用了相似的實驗原理呢？

對比兩個實驗同學(xué)們可以發(fā)現(xiàn)，倒入氫氧化鈉溶液的集氣瓶內(nèi)的氣球變大，主要是利用了二氧化碳能與氫氧化鈉反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，是化學(xué)變化引起的；倒入水的集氣瓶內(nèi)的氣球變大，主要是利用了二氧化碳能溶于水的物理性質(zhì)，是物理變化引起的。

回顧初中學(xué)過的化學(xué)知識，有同學(xué)很快想到了一個熟悉的實驗：測定空氣中氧氣的含量。該實驗利用紅磷燃燒消耗氧氣，使集氣瓶內(nèi)的氣壓減小，故是由化學(xué)變化引起的。在老師的提示下，根據(jù)熱脹冷縮的原理，同學(xué)們又想到了一個例子：在集氣瓶內(nèi)先加入硝酸銨固體，再倒入水，然后迅速蓋緊瓶塞，也會出現(xiàn)相同的現(xiàn)象。硝酸銨固體溶于水時吸收大量的熱，使瓶內(nèi)溫度降低，導(dǎo)致瓶內(nèi)氣壓小于外界大氣壓，這是由物理變化引起的。

問題三：如果把小氣球固定在玻璃管的上端，如圖2所示，你能讓小氣球變大嗎？這時集氣瓶內(nèi)的氣壓有什么變化？

圖2

有了前面的經(jīng)驗，同學(xué)們的思路一下打開了：讓集氣瓶外面的小氣球變大，一定是讓瓶內(nèi)的氣壓大于外界大氣壓。使集氣瓶內(nèi)氣壓變大不過就是兩個方法：一是通過化學(xué)變化生成大量的氣體；二是通過物理變化使集氣瓶內(nèi)的溫度升高。

關(guān)于生成氣體的反應(yīng)，同學(xué)們歸納出了三種，分別是生成氧氣、氫氣和二氧化碳的反應(yīng)；關(guān)于溫度升高的變化，大家想到了氫氧化鈉固體溶于水放熱。“可是氧化鈣放入水中也會放熱呀，這可是一個化學(xué)變化！”一位同學(xué)的問題馬上引發(fā)了大家的思考?？磥頊囟壬卟灰欢ň褪俏锢碜兓鸬?，還有可能是化學(xué)變化，因為化學(xué)反應(yīng)的過程中常常伴隨著能量變化。

通過這節(jié)課的研究和討論，同學(xué)們都深受啟發(fā)，看似簡單的小氣球變大的問題，不僅僅關(guān)系到氣壓的變化，竟然還蘊含著這么多的化學(xué)知識呢！