氣球在初中化學(xué)實驗中的應(yīng)用案例

王榮橋

摘要：將氣球用于化學(xué)實驗或改進化學(xué)實驗，可拉近化學(xué)與生活的距離，提高學(xué)生對身邊物質(zhì)有用性的認識，從化學(xué)視角展示氣球的獨特作用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和內(nèi)驅(qū)動力。

關(guān)鍵詞：氣球；初中化學(xué)；化學(xué)實驗；實驗改進

文章編號：1005-6629（2013）7-0039-02

中圖分類號：G633.8

文獻標(biāo)識碼：B

筆者通過多年的教學(xué)調(diào)研和切身實踐體會到：將平時用的氣球應(yīng)用于化學(xué)實驗，可以化抽象為直觀、化復(fù)雜為簡單，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。現(xiàn)將氣球在初中化學(xué)實驗中的應(yīng)用案例進行歸納、總結(jié)，與同行分享學(xué)習(xí)。

1 收集尾氣

有些化學(xué)實驗往往會伴隨（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防止對空氣的污染，還可以重新用于實驗，變廢為寶，實現(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，課本例舉的是一氧化碳還原氧化鐵的實驗，該實驗裝置圖如圖1所示。該實驗中反應(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，教材采用點燃的方法處理這些未參加反應(yīng)的一氧化碳，避免CO對空氣的污染，但實驗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。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對空氣的污染，還可以重新用于實驗，變廢為寶，實現(xiàn)資源的再利用，同時也節(jié)約了能源。

2 驗證性質(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，知識比較抽象，有些教材中也沒有安排實驗進行探究，給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了困難。若選擇氣球作為實驗器材，按照圖3所示裝置設(shè)計對比實驗進行操作：在體積相同均盛滿CO₂的兩個集氣瓶中，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，對比甲乙兩組實驗中氣球大小變化的程度，可以有力地說明CO₂與NaOH之間確實發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)。

3 改進實驗

教材中探究質(zhì)量守恒定律的實驗，選擇的是用加熱的玻璃棒點燃錐形瓶內(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，驗證質(zhì)量守恒定律。該實驗方案中白磷燃燒時放出的熱量，使密閉體系氣體壓強變大，很容易將膠塞沖開，導(dǎo)致實驗失敗，且存在安全隱患。若將實驗進行改進，把玻璃棒換為玻璃管，并在玻璃管的上端系一個氣球（如圖4所示）由于氣球的緩沖作用，膠塞則不會被沖開，實驗很容易成功，且保障了實驗安全。

4 探究CO₂的密度

二氧化碳的密度是二氧化碳氣體的重要物理性質(zhì)之一，是運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，若以氣球為實驗器材，利用氣球的“沉浮”比較氣體的密度大小，則會化繁為簡、形象直觀，且生動而有趣。

如圖5所示的實驗，沉在大燒杯底部的紅色氣球充滿空氣，藍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的變化密切相關(guān)。在整個密閉體系中，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，都會引起氣體壓強的變化，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 測定氧氣含量

提到空氣中氧氣含量的測定實驗，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，粗略測定空氣中氧氣的含量，該實驗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，因而測定的結(jié)果相對誤差較大，再者紅磷燃燒產(chǎn)生的五氧化二磷容易對空氣造成污染，不利于環(huán)境保護。如果用氣球、具支試管和注射器組成（如圖7所示）的裝置進行實驗，不但操作簡單、現(xiàn)象明顯、減小了實驗誤差，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)生的認知規(guī)律，為實現(xiàn)化學(xué)實驗從定性分析到定量計算的過渡，做了很好的鋪墊。

“小小”的氣球在實驗中擔(dān)當(dāng)了眾多的角色，或收集尾氣，或驗證氣體密度，或證明物質(zhì)溶解時的熱效應(yīng)，或驗證化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生。氣球在化學(xué)實驗中的應(yīng)用，提高了學(xué)生對身邊物質(zhì)有用性的認識，使學(xué)生主動融入到問題解決的過程中，感到學(xué)有所得、學(xué)有所用，體驗化學(xué)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)知識的興趣和動力。