氣球與CO₂的故事——巧用氣球創新設計CO₂的系列實驗

楊寶權 潘玲玲

摘要：氣球在初中化學實驗中有著廣泛的用途，在此基礎上進一步挖掘氣球的儲氣功能，并應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實驗的思路。

關鍵詞：氣球;創新設計;二氧化碳;化學實驗

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

氣球在初中化學實驗中有廣泛的應用，其主要作用有緩解壓強差、形成封閉體系、收集未反應完或生成的氣體、驗證氣體密度大小等等[1]，從化學視角展示氣球的獨特作用。在此基礎上，筆者也嘗試靈活地使用氣球來改進二氧化碳性質的實驗。

一、存在的問題

二氧化碳的性質實驗是初中化學元素化合物知識學習過程的重要內容，雖然該系列實驗操作要求不高，學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課堂上當場制取二氧化碳的啟普發生器體積較大，且價格較高，無法做到每組一臺，如此使學生喪失做中學的機會;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的發生與停止，對學生的實驗技能要求較高，實驗時學生的完成率較低。這些都影響了學生的學習興趣與學習效果。

二、創新思路

用碳酸鈉和硫酸反應，短時間內產生大量CO₂，并用氣球收集用于CO₂的性質探究。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，學生也可較輕松地完成小組實驗。具有實驗現象明顯、節約CO₂性質的課堂教學時間、增強實驗的趣味性及培養學生循環使用藥品的意識等優點。

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、系列創新設計

1.造CO₂球

（1）實驗步驟

①錐形瓶內放一定量碳酸鈉，注射器內裝稀硫酸，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）創新設計的優點

①操作簡便，且反應速度快，不需要在課前早早準備好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，性質實驗時現象明顯。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

（1）實驗步驟及現象

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

②上提長導管，給試管進行加熱（如圖3），試液又變回紫色，關閉止水夾。

（2）創新設計的優點

①氣球試管形成密封體系可以進行循環實驗。

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，還可以繼續完成其余性質實驗，如通入到澄清石灰水中、用于熄滅蠟燭等。

3.CO₂滅火實驗

（1）實驗步驟及現象

①將一導管與CO₂球相連接，將導管口貼著燒杯壁上端（如圖4）。

②打開止水夾，讓氣體從氣球內逸出，可觀察到蠟燭從下而上依次熄滅。

（2）創新設計的優點

①與傾倒二氧化碳相比，用玻璃導管導出氣體，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

（1）實驗步驟及現象

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

（2）創新設計的優點

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

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

五、實驗反思

本實驗創新設計主要利用氣球收集和貯存氣體，現象明顯，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象，如果應用于家庭小實驗，將更加方便。由此可見，氣球在化學實驗中的應用還有很大的拓展空間，還可以進一步開發出新的用途，不僅如此，教師可以挖掘出更多的生活小物品應用于改進學生實驗或課外興趣實驗，這樣不僅可拉近化學與生活的距離，提高學生對身邊物質有用性的認識，而且可激發學生的學習興趣和內驅動力，也有利于激發學生的想象力、提升實踐與創新素養[2]。

（說明：本實驗改進獲2017年揚州市創新實驗調演一等獎。）

參考文獻

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

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