变大的小气球

河北省保定市新市区乐凯中学 闫 霞

变大的小气球

河北省保定市新市区乐凯中学 闫 霞

学习碱的化学性质时，老师做了一个趣味实验。如图1所示，在集气瓶上配一个单孔塞，单孔塞上固定一根细玻璃管，玻璃管的下端系上一个瘪的小气球。实验时先在集气瓶内装满二氧化碳气体，然后倒入氢氧化钠溶液，迅速盖紧单孔塞，并轻轻摇晃集气瓶，可以看到集气瓶内的小气球慢慢变大，直到几乎要充满整个集气瓶。这是怎么回事呢？

图1

原来，氢氧化钠与集气瓶中的二氧化碳反应，使瓶内的气体体积减小，气压小于瓶外的大气压，所以气球的体积会由小变大。

分析完了实验原理，老师又针对这个实验提出了一系列问题，让我们也一起来思考一下吧。

问题一：这个实验真的可以证明二氧化碳确实是与氢氧化钠发生了反应吗？

氢氧化钠溶液中除了氢氧化钠之外还有水。结合二氧化碳的性质我们知道，二氧化碳能溶于水，这也会使瓶内的气压变小。那怎样才能排除水对实验的干扰呢？很快便有同学想到做一个对比实验：准备两个如图1所示的实验装置，都收集满二氧化碳气体，然后向两瓶内分别倒入等体积的水和氢氧化钠溶液，观察有没有不同的现象。大家观察到，倒入水的集气瓶内的气球也变大了，但是相比倒入氢氧化钠溶液的那个集气瓶内的气球小多了。氢氧化钠溶液消耗了更多的二氧化碳，这说明二氧化碳确实能与氢氧化钠发生反应。

问题二：在这两个实验中，气球变大的原理相同吗？还有哪些实验应用了相似的实验原理呢？

对比两个实验同学们可以发现，倒入氢氧化钠溶液的集气瓶内的气球变大，主要是利用了二氧化碳能与氢氧化钠反应的化学性质，是化学变化引起的；倒入水的集气瓶内的气球变大，主要是利用了二氧化碳能溶于水的物理性质，是物理变化引起的。

回顾初中学过的化学知识，有同学很快想到了一个熟悉的实验：测定空气中氧气的含量。该实验利用红磷燃烧消耗氧气，使集气瓶内的气压减小，故是由化学变化引起的。在老师的提示下，根据热胀冷缩的原理，同学们又想到了一个例子：在集气瓶内先加入硝酸铵固体，再倒入水，然后迅速盖紧瓶塞，也会出现相同的现象。硝酸铵固体溶于水时吸收大量的热，使瓶内温度降低，导致瓶内气压小于外界大气压，这是由物理变化引起的。

问题三：如果把小气球固定在玻璃管的上端，如图2所示，你能让小气球变大吗？这时集气瓶内的气压有什么变化？

图2

有了前面的经验，同学们的思路一下打开了：让集气瓶外面的小气球变大，一定是让瓶内的气压大于外界大气压。使集气瓶内气压变大不过就是两个方法：一是通过化学变化生成大量的气体；二是通过物理变化使集气瓶内的温度升高。

关于生成气体的反应，同学们归纳出了三种，分别是生成氧气、氢气和二氧化碳的反应；关于温度升高的变化，大家想到了氢氧化钠固体溶于水放热。“可是氧化钙放入水中也会放热呀，这可是一个化学变化！”一位同学的问题马上引发了大家的思考。看来温度升高不一定就是物理变化引起的，还有可能是化学变化，因为化学反应的过程中常常伴随着能量变化。

通过这节课的研究和讨论，同学们都深受启发，看似简单的小气球变大的问题，不仅仅关系到气压的变化，竟然还蕴含着这么多的化学知识呢！