杨义-气球在化学实验中的妙用

1气球在化学实验中的妙用杨义北京市第十中学，北京，100072摘要化学实验是研究化学的重要手段之一，而实验的合理化、生活化、绿色化是我们一直追求的目标，充分利用日常生活中的实验代用品，来弥补当前实验室中仪器的不足，而气球在这方面有着独特的作用。关键词气球化学实验正文化学实验是化学学科的灵魂。作为教师应充分利用实验资源，改进和设计化学实验，使实验趋向于合理化、微型化、生活化、绿色化，更好地达到实验目的，同时培养了学生的创新能力和绿色化学的意识。本文结合高一、高二化学新教材的实验，就气球在化学实验中的妙用谈点体会。一、利用气球，放大实验现象物质在溶解、发生化学变化时，常伴随放出气体、放出热量等现象，此时，可利用气球内外产生的压强差使气球膨胀，从而使实验现象直观化、放大化。实例1：高一必修1第三章碳酸钠、碳酸氢钠的有关实验，可将课本实验如图1在气球中分别装上等质量的碳酸钠和碳酸氢钠粉末，在试管中装入过量的盐酸（两只试管中盐酸等量），然后倒置试管即可，操作很简便，而且学生既观察到哪个反应速率快，又能知道哪种盐与酸反应产生的气体多，接着可以让学生通过具体计算来说明产生气体的量与谁有关，效果非常好。又如在设计实验来证明二氧化碳与碳酸钠溶液反应，方法很多，也可用内置气球的方法。如图2装置，只要挤入浓碳酸钠溶液并充分摇动，瓶内小气球迅速变大。实例2：高二选修4化学与反应原理中讲盐类水解的时候，新课引入时，可给学生演示如图3的趣味实验，该实验是模拟泡沫灭火器的原理，既贴近生活，又能很好的引入新课，极大地激发了学生的学习热情。实例3：高一必修2第二章化学能与热能的实验，在给学生总结常见的吸热反应、放热反应时，我给学生演示了有关物质溶解的吸、放热的实验。装置如图4和图5所示2图4中，随着浓H2SO4的滴入和水合物的形成，放出大量的热，试管内气体迅速膨胀，气球呈舒张状态，如图所示。图5中，先从左边弯管吹气，使气球膨胀，然后拧紧夹子K，再往小试管内的水中加入NH4NO3晶体。随着NH4NO3晶体的溶解和吸热，试管内的气体体积缩小，压强降低，气球随之缩小。通过以上的实验，可以让学生分析装置中气球都能鼓起来的共同原理是什么，知道无论气球内置还是外置，只要气球内的气体压强大于气球外的气体压强，气球就会鼓起来。既增强了实验的趣味性，又提升了学生的思维广度。二、利用气球，作尾气收集、处理器在化学实验中，有时为了特殊需要可用干瘪气球收集得到干燥的气体或用气球收集、处理实验产生的尾气，以免有毒气体污染环境。实例4：高一化学必修1第四章铜与稀、浓硝酸的反应，有关这部分的改进实验由于目的不同，因此对应的装置有所不同，多数都比较繁琐。设计该实验源于以下一道高三练习题。例题：分别将等质量的铜片与等体积均过量的浓硝酸、稀硝酸反应，所得到的溶液前者呈绿色，后者呈蓝色，某同学提出这可能是Cu2+浓度差异的结果，你同意这种看法吗？（填“同意”或“不同意”），原因是；另一同学提出溶液呈“绿色”是Cu2+与NO2混合的结果，请你设计一个实验证明之（简述实验方案和实验现象）。其实多数教师在讲此实验时，解释溶液颜色不同时，由于受到CuCl2溶液颜色的影响，认为是由于铜离子浓度不同造成的。我结合这道题做了演示实验，溶液呈“绿色”确实是由于Cu2+与NO2混合的结果，最早我是利用图6的装置进行操作，虽然现象出来了，但发生了倒吸，后来我改成带支管的试管并套一气球（如图7），效果也不是很理想，最后我改成了图8的装置，事先在气球中装入一定量的氢氧化钠固体，接着加热试管，会发现不断有红棕色气体产生，溶液变为蓝色，为了除去NO2的污染，接着将气球中的NaOH固体倒在反应后的溶液吸收尾气，效果很好，这套装置的优点在于：装置简单可行，既可吸收尾气，又可防止倒吸现象的发生。3三、利用气球，作反应容器实例5：在必修1第三章过氧化钠与二氧化碳的实验，改进实验较多，最经典的是在棉花中包适量过氧化钠，通过长玻璃管吹气，棉花着火（如图9），该实验操作简单，多数教师都比较喜欢用，不过也存在不足，比如吹气时肯定有大量水蒸气进入，不能排除是水造成的，其次过氧化钠颜色的变化不利于学生观察。经过反复思考和实验，将实验改进如图10，在集气瓶中盛满二氧化碳气体，学生观察过氧化钠颜色，现场将固体装在气球中，套在集气瓶口，将固体药品倒在集气瓶中，发现固体变为白色，集气瓶变烫，用带火星的木条检验有氧气产生，取反应后的固体加入CaCl2溶液，出现白色沉淀，实验操作简单，既能说明是反应放热，还能检验各种产物，效果非常好。实例6：高一必修1第四章二氧化硫的有关实验，在做二氧化硫使品红褪色的实验中可以参照图11，向装有10mL品红溶液的试管中，通入SO2，直到溶液褪色、达到饱和为止。然后，在试管口套上一只小气球，用线扎紧。用酒精灯加热试管底部，溶液又渐渐变红，同时气球膨胀起来。撤去酒精灯，试试管冷却后，双手挤压气球，溶液颜色又渐渐退去。如此反复，用以向学生揭示二氧化硫的漂白是暂时的，同时也能说明温度、压强对气体溶解度的影响规律。这套装置同样可以用于已变红的酚酞溶液。实例7：高一化学必修2第二章化学反应与热能的实验2-2。可将事先研磨成粉的20gBa(OH)2·8H2O固体和10gNH4Cl固体分别装入试管中，再分别倒入气球内，并将气球口用橡皮塞塞住，用手充分揉磨气球，使两种物质充分反应，现场制成这种“冰袋”下传给学生亲身感受，会给学生形成深刻的印象。以上是我在化学教学中利用气球在实验装置中进行的一些改进，改进后装置的优点：操作简单，便于学生感受，同时不会使污染性气体外逸，增强学生的环保意识，充分体现绿色化学的教育理念。当然，利用气球进行实验时，需要注意一些问题，如气球大小的选择，气密性的检验，实验时不能接触太高温度，不宜进行腐蚀性很强物质的反应，与其它仪器连接时要有一定的松紧程度等等。其实气球在化学实验中的妙用远不止此，应用很广泛，而且在有些化学实验中有着不可替代的作用，只要我们在实验中去不断探索，肯定会得到意想不到的效果。