气球在初中化学实验中的应用案例

摘要：将气球用于化学实验或改进化学实验，可拉近化学與生活的距离，提高学生对身边物质有用性的认识，从化学视角展示气球的独特作用，激发学生的学习兴趣和内驱动力。

关键词：气球；初中化学；化学实验；实验改进

文章编号：1005-6629（2013）7-0039-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

笔者通过多年的教学调研和切身实践体会到：将平时用的气球应用于化学实验，可以化抽象为直观、化复杂为简单，提高教学效率，优化教学效果，凸显变废为宝的教学理念。现将气球在初中化学实验中的应用案例进行归纳、总结，與同行分享学习。

1 收集尾气

有些化学实验往往会伴随（或产生）有毒的气体，如一氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物等，如果用气球将它们收集起来不仅防止对空气的污染，还可以重新用于实验，变废为宝，实现资源的再利用。

初中化学课本中学习炼铁的原理时，课本例举的是一氧化碳还原氧化铁的实验，该实验装置图如图1所示。该实验中反应前要先通入CO把玻璃管内的空气排干净，反应过程中还有没有参加反应的CO，反应后要继续通入CO至试管冷却，教材采用点燃的方法处理这些未参加反应的一氧化碳，避免CO对空气的污染，但实验装置中要多用一盏酒精灯，消耗能源较多，CO燃烧产生的热能也没有得以利用，再次造成能源的浪费。若采用图2所示的装置，在导管处加一气球，将未参加反应的CO收集起来，不仅防止了CO对空气的污染，还可以重新用于实验，变废为宝，实现资源的再利用，同时也节约了能源。

2 验证性质

氢氧化钠與二氧化碳的反应，是初中学习的碱的重要性质之一，由于两种物质之间的反应没有明显现象，看不见、摸不着，知识比较抽象，有些教材中也没有安排实验进行探究，给学生的学习带来了困难。若选择气球作为实验器材，按照图3所示装置设计对比实验进行操作：在体积相同均盛满CO2的两个集气瓶中，分别加入等体积的水和浓氢氧化钠溶液。把注射器内的水和NaOH溶液分别压入集气瓶，对比甲乙两组实验中气球大小变化的程度，可以有力地说明CO2與NaOH之间确实发生了化学反应。

3 改进实验

教材中探究质量守恒定律的实验，选择的是用加热的玻璃棒点燃锥形瓶内白磷的方法，利用白磷燃烧消耗氧气，通过反应前后物质的总质量不变，验证质量守恒定律。该实验方案中白磷燃烧时放出的热量，使密闭体系气体压强变大，很容易将胶塞冲开，导致实验失败，且存在安全隐患。若将实验进行改进，把玻璃棒换为玻璃管，并在玻璃管的上端系一个气球（如图4所示）由于气球的缓冲作用，胶塞则不会被冲开，实验很容易成功，且保障了实验安全。

4 探究CO2的密度

二氧化碳的密度是二氧化碳气体的重要物理性质之一，是运用排空气法收集该气体的重要依据。通常情况下，比较二氧化碳與空气密度的大小常用杠杆平衡法、天平称量法等传统方法，若以气球为实验器材，利用气球的“沉浮”比较气体的密度大小，则会化繁为简、形象直观，且生动而有趣。

如图5所示的实验，沉在大烧杯底部的红色气球充满空气，蓝色气球充满二氧化碳，将一集气瓶中的二氧化碳倾入大烧杯中，发现其中一只气球浮了起来，用手轻轻按压该气球，手一松气球又上浮。

5 装置的多用途

密闭体系中气球的体积变化與气体压强的变化密切相关。在整个密闭体系中，无论是化学变化还是物理变化，只要有气体的放出、吸收或温度的变化，都会引起气体压强的变化，从而最终导致气球形状的改变。

利用如图6所示的装置，我们既可以验证物质溶于水放出热量、物质與水反应放出热量，还可用于验证反应是否有气体放出。

（1）滴管甲中液体为水，烧杯①中盛有生石灰，将滴管甲中液体挤出，可以看到气球明显鼓起，一段时间后，恢复原状；说明生石灰與水反应放出热量。

（2）滴管甲中液体为过氧化氢，烧杯①中盛有固体二氧化锰，将滴管甲中液体挤出，可以看到气球明显鼓起，并不再恢复原状，说明过氧化氢與二氧化锰作用产生气体；当然，若滴管甲中液体为盐酸，烧杯中盛有碳酸盐或比较活泼的金属也可以达到此目的。

（3）若将滴管甲中的液体挤出观察到气球明显鼓起，一段时间后，恢复原状；再将滴管乙中的液体挤出，气球又明显鼓起且不恢复原状，则滴管甲盛有的液体與烧杯①中的物质作用，放出热量，滴管乙中的液体與烧杯②中的物质作用产生气体。

6 测定氧气含量

提到空气中氧气含量的测定实验，首先想到的是利用燃烧红磷的方法，通过密闭体系内液面升高的数值，粗略测定空气中氧气的含量，该实验方案无论使用钟罩还是使用集气瓶作为密封体系，二者的形状均是不完全规则的，因而测定的结果相对误差较大，再者红磷燃烧产生的五氧化二磷容易对空气造成污染，不利于环境保护。如果用气球、具支试管和注射器组成（如图7所示）的装置进行实验，不但操作简单、现象明显、减小了实验误差，而且体现了绿色环保的理念，利用注射器的读数变化计算空气中氧气的含量，从量的角度引导学生思考，符合学生的认知规律，为实现化学实验从定性分析到定量计算的过渡，做了很好的铺垫。

“小小”的气球在实验中担当了众多的角色，或收集尾气，或验证气体密度，或证明物质溶解时的热效应，或验证化学反应的发生。气球在化学实验中的应用，提高了学生对身边物质有用性的认识，使学生主动融入到问题解决的过程中，感到学有所得、学有所用，体验化学学习的快乐，激发了学习化学知识的兴趣和动力。