例析气球在中考化学实验中的应用

王荣桥

通过详细分析近几年全国各地的中考化学试题，笔者发现很多地区的实验命题将平时作为娱乐品的气球用于化学实验。利用学生身边的“用品”设计实验，拉近了化学与生活的距离，激发了学生的兴趣，体现了以人为本的命题理念，凸显了新课程实施以来化学命题取材的广泛性、命题思路的灵活性、考查视角的新颖性。现撷取部分典型试题举例分析如下，以期对大家有所裨益。

一、收集尾气 体现绿色化

有些化学反应往往会伴随（或产生）有毒的气体，如一氧化碳、二氧化硫、氮的氧化物等，如果直接把它们排放到空气中不仅会造成环境污染、不利于对学生环保意识的培养，也忽略了对学生情感、态度、价值观的教育，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。

例1.某化学小组的同学利用混有少量CO2的CO气体还原氧化铁，并验证反应后的气体产物。实验室现有下图所示实验装置（可重复使用）。按气体从左到右的方向，装置连节顺序正确的是（ ）

A.甲→乙→丙→丁 B.甲→丙→乙→丁

C.乙→甲→丙→甲→丁

D.乙→甲→丙→乙→丁

分析：明确题目要求，弄清各装置的用途，是正确解题的关键所在。CO气体还原Fe2O3的化学反应原理是：■；要验证反应中产生CO2气体，需要首先将原混合物中的CO2气体除干净；甲装置用于验证二氧化碳是否存在，乙装置用于除去原混合物中的二氧化碳，丙装置用于CO气体还原氧化铁，丁装置是收集未参加反应的CO以免污染环境。按照本实验的设计思路——除去原混合气体中的CO2气体→验证原混合气体中CO2气体已被除尽→进行CO还原Fe2O3的实验→验证反应中有CO2气体产生→收集尾气，对应各装置的用途，不难得出各装置的连节顺序。

答案：（C）

二、验证性质 凸显直观化

氢氧化钠与二氧化碳气体之间发生的反应是初中化学学习的典型化学反应之一，但该反应没有伴随明显的实验现象，看不见、摸不着，给学生学习带来了困惑，若选择气球作为实验器材，利用气球大小和位置的变化，独辟蹊径设计实验，则会化抽象为具体，化模糊为清晰，巧妙验证物质之间化学反应的发生，培养学生的实证意识。

例2.如图所示，在蒸馏烧瓶内加适量石灰石和稀盐酸，经检验产生的气体充满烧瓶时，将一气球紧套在瓶口，气球逐渐胀大。然后打开弹簧夹，将注射器中NaOH溶液注入烧瓶并振荡，气球迅速缩小并被吸入烧瓶内。

（1）检验产生的气体充满烧瓶的操作是：

________________________________。

（2）气球被吸入烧瓶是由于NaOH溶液与瓶内气体反应，使瓶内气压_________，该反应的化学方程式为：________________________________。

分析：氢氧化钠与二氧化碳的反应是初中课本学习的碱的重要性质之一，两种物质之间的反应没有明显现象，教材中也没有安排实验进行探究，学生理解起来比较困惑，本题通过气球大小和位置的变化，验证二者之间的反应，设计思路灵活，方法新颖，独具匠心。

二氧化碳气体的验满一般是用燃着的木条，将燃着的木条放于烧瓶口，木条熄灭说明二氧化碳已满。石灰石和稀盐酸反应产生的CO2进入气球，气球逐渐变大；NaOH与CO2反应，消耗了CO2气体，导致烧瓶和气球组成的密闭体系中气体压强减小，气球变瘪，在大气压的作用下气球被压入烧瓶；瓶内压强小于大气压强，在大气压作用下，小球逐渐变大。

答案：（1）将燃着的木条放在烧瓶口，木条熄灭，说明气体充满烧瓶。

（2）小，2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O

三、改进实验 注重安全化

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，由于气球的缓冲作用，胶塞不会被冲开，实验很容易成功，且保障了实验安全。

例3.在用白磷（白磷与红磷组成相同，着火点为40℃）探究质量守恒定律的实验中，晓涵同学将橡皮塞上的细玻璃管下端放到酒精灯火焰上灼烧至红热后，迅速用橡皮塞将锥形瓶塞紧，并引燃白磷，实验过程如下图所示。请回答下列问题：

（1）实验观察到A、C中气球的大小不同，用理化知识解释产生此现象的原因是______________；

（2）将C再次放到天平上称量，天平仍然平衡，在此化学反应中，从具体的反应物和生成物分析天平平衡的原因是___________________________。

分析：反应前A装置中气体的压强与外界的大气压强相等，白磷燃烧，放出热量，密闭体系内气体压强增大，气球变大；反应结束，白磷燃烧消耗了密闭体系中的氧气，冷却至室温，密闭体系中气体压强小于外界大气压强，在大气压的作用下气球变瘪。燃烧掉的白磷的质量与消耗掉的氧气的质量之和等于生成的五氧化二磷的质量，所以天平平衡。

答案：（1）白磷燃烧消耗氧气，生成固体五氧化二磷，使瓶中压强变小，小于外界大气压，在大气压的作用下，C中气球变小，A内压强等于外界大气压，所以A、C中气球大小不同。

（2）参加化学反应（或消耗、或反应掉）的白磷的质量和氧气的质量总和等于生成的五氧化二磷的质量。

四、探究密度 彰显趣味化

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，比较二氧化碳气体密度与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、直观形象，有柳暗花明之感。

例4.某同学为探究CO2的某一性质，进行下图所示的实验。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，用手轻轻按压该气体，手一松气球又上浮。

请分析回答：

__________色气球浮起来，由此得出二氧化碳的这一性质是_________________；如果继续向大烧杯中倾倒二氧化碳，另一只气球能出现与前一只气球同样的现象吗？_________________________。

分析：本题打破传统的设计方法，利用气球这一学生最为熟悉的玩具为实验用品，巧妙设计方案，操作简单、现象明显、趣味浓厚，展现了生活中处处有化学、在游戏中学化学的思想。二氧化碳的密度比空气的密度大，所以将集气瓶中的二氧化碳倾倒入大烧杯中时，充满空气的红色气球受到的浮力大于重力，开始上浮，充满二氧化碳的蓝色气球重力等于浮力不会上浮。

答案：红色，密度比空气大，不能。

五、利用形变 呈现综合化

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

例5.某实验装置如下图所示。若先将甲中液体挤出，观察到气球明显鼓起，一段时间后，恢复原状；再将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起。下列组合正确的是（ ）

分析：初中阶段学过的常温下固体与液体作用产生气体的反应有比较活泼的金属与酸溶液的反应、过氧化氢溶液与二氧化锰的作用、碳酸盐与酸溶液的反应等；溶解时能够使温度升高的物质有固体氢氧化钠、浓硫酸等；溶解时能够使温度降低的物质有硝酸铵固体；与水反应能够放出热量的物质有生石灰等。图中气球首先鼓起，一段时间后恢复原状，是由于体系温度升高所致，说明甲中的液体与烧杯①中的物质作用放出热量，一段时间后体系温度回复至室温，气球恢复原状；将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起，这说明二者反应产生气体，导致气球变大。

答案：（BD）

“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、或验证物质之间化学反应的发生。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。

【责任编辑 郭振玲】

例4.某同学为探究CO2的某一性质，进行下图所示的实验。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，用手轻轻按压该气体，手一松气球又上浮。

请分析回答：

__________色气球浮起来，由此得出二氧化碳的这一性质是_________________；如果继续向大烧杯中倾倒二氧化碳，另一只气球能出现与前一只气球同样的现象吗？_________________________。

分析：本题打破传统的设计方法，利用气球这一学生最为熟悉的玩具为实验用品，巧妙设计方案，操作简单、现象明显、趣味浓厚，展现了生活中处处有化学、在游戏中学化学的思想。二氧化碳的密度比空气的密度大，所以将集气瓶中的二氧化碳倾倒入大烧杯中时，充满空气的红色气球受到的浮力大于重力，开始上浮，充满二氧化碳的蓝色气球重力等于浮力不会上浮。

答案：红色，密度比空气大，不能。

五、利用形变 呈现综合化

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

例5.某实验装置如下图所示。若先将甲中液体挤出，观察到气球明显鼓起，一段时间后，恢复原状；再将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起。下列组合正确的是（ ）

分析：初中阶段学过的常温下固体与液体作用产生气体的反应有比较活泼的金属与酸溶液的反应、过氧化氢溶液与二氧化锰的作用、碳酸盐与酸溶液的反应等；溶解时能够使温度升高的物质有固体氢氧化钠、浓硫酸等；溶解时能够使温度降低的物质有硝酸铵固体；与水反应能够放出热量的物质有生石灰等。图中气球首先鼓起，一段时间后恢复原状，是由于体系温度升高所致，说明甲中的液体与烧杯①中的物质作用放出热量，一段时间后体系温度回复至室温，气球恢复原状；将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起，这说明二者反应产生气体，导致气球变大。

答案：（BD）

“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、或验证物质之间化学反应的发生。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。

【责任编辑 郭振玲】

例4.某同学为探究CO2的某一性质，进行下图所示的实验。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，用手轻轻按压该气体，手一松气球又上浮。

请分析回答：

__________色气球浮起来，由此得出二氧化碳的这一性质是_________________；如果继续向大烧杯中倾倒二氧化碳，另一只气球能出现与前一只气球同样的现象吗？_________________________。

分析：本题打破传统的设计方法，利用气球这一学生最为熟悉的玩具为实验用品，巧妙设计方案，操作简单、现象明显、趣味浓厚，展现了生活中处处有化学、在游戏中学化学的思想。二氧化碳的密度比空气的密度大，所以将集气瓶中的二氧化碳倾倒入大烧杯中时，充满空气的红色气球受到的浮力大于重力，开始上浮，充满二氧化碳的蓝色气球重力等于浮力不会上浮。

答案：红色，密度比空气大，不能。

五、利用形变 呈现综合化

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

例5.某实验装置如下图所示。若先将甲中液体挤出，观察到气球明显鼓起，一段时间后，恢复原状；再将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起。下列组合正确的是（ ）

分析：初中阶段学过的常温下固体与液体作用产生气体的反应有比较活泼的金属与酸溶液的反应、过氧化氢溶液与二氧化锰的作用、碳酸盐与酸溶液的反应等；溶解时能够使温度升高的物质有固体氢氧化钠、浓硫酸等；溶解时能够使温度降低的物质有硝酸铵固体；与水反应能够放出热量的物质有生石灰等。图中气球首先鼓起，一段时间后恢复原状，是由于体系温度升高所致，说明甲中的液体与烧杯①中的物质作用放出热量，一段时间后体系温度回复至室温，气球恢复原状；将乙中的液体挤出，气球又明显鼓起，这说明二者反应产生气体，导致气球变大。

答案：（BD）

“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、或验证物质之间化学反应的发生。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。

【责任编辑 郭振玲】