在家就能做的小实验 用小苏打和醋吹气球

作者:尾嶋好美

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编者按 吹气球要费很大的力气才能吹得起来,有没有更省力的方法呢?本文作者尾嶋好美以“透过科学实验培养逻辑思考的能力与自主性”为主轴,推动亲子同乐的科学实验教室。介绍如何运用小苏打来吹气球。

用嘴巴吹气球这件事其实比想像中还要困难。小孩子一般很难把气球吹大,就连大人也要用力吹才能吹出很大的气球。吹气球时,须要对气球施加“由内而外的推力”,也就是说,吹气球的力道必须大于“气球内缩的力”及“周围的空气压力”,这可不是件简单的事。

另一方面,因为“小苏打粉与混合后会产生气体,有助于去除污垢”,所以小苏打粉常用于清洁环境。小苏打粉与醋混合时会产生大量气体,一段时间后才会停下来。让我们试着利用这种“能一口气产生大量气体”的性质来吹气球吧。

收集小苏打粉与醋反应后产生的气体

小苏打粉(照片中央)可分为药局贩卖的高纯度“碳酸氢钠”、以及一般商店卖的低纯度清洁用小苏打粉。(世茂出版提供)

实验所需物品:

橡胶气球 1个
醋 100 mL
小苏打粉 2大匙
宝特瓶(容量500 mL)、纸(影印用纸即可)

实验方法:

1. 将纸卷成圆筒状,插入气球的吹气孔,然后将小苏打粉沿着纸筒的内侧倒入气球内(a),再拿走纸张。

(世茂出版提供)

2. 在宝特瓶内倒入醋(b)。

(世茂出版提供)

3. 将1的气球吹气孔套在2的宝特瓶瓶口上(c)。

(世茂出版提供)

4. 调整气球位置,使内部的小苏打粉落入宝特瓶内(d~e)。

(世茂出版提供)

* 这个化学反应有些剧烈,气球很可能会突然弹开后弄脏周围环境,所以请准备好弄脏也没关系的实验环境。在实验时,脸不要靠近实验装置。

解说:酸性与碱性

小苏打粉的成分是碱性物质“碳酸氢钠”,醋里面则含有酸性物质“醋酸”,将碳酸氢钠与醋酸混在一起时,会产生化学反应,生成二氧化碳。这些二氧化碳可为气球充气,吹起气球,且因为二氧化碳比空气重,所以这种气球在空气中不会往上飘。

请在反应进行时摸摸看宝特瓶底部,应该会觉得凉凉的吧?这是因为,碳酸氢钠与醋酸的反应为吸热反应,会从周围夺走热能。

碳酸氢钠的化学式写做NaHCO3,溶在水中时会解离出Na+与HCO3;醋酸的化学式为CH3COOH,溶在水中时会解离成CH3COO与H+,因此将碳酸氢钠与醋酸混合时,HCO3会与H+结合,生成H2CO3,而H2CO3会马上分解成二氧化碳(CO2)与水(H2O)。这个分解过程会从周围吸热,所以周围会觉得凉凉的。

若改用柠檬酸或延胡索酸等酸性物质取代实验中的醋,也可以得到二氧化碳,譬如发泡入浴剂就很常用到碳酸氢钠与延胡索酸。将其丢入浴缸内,溶解于水中后,碳酸氢钠与延胡索酸就会起化学反应,产生二氧化碳。如果用手抓住发泡入浴剂,就会觉得凉凉的。

氯系漂白剂含有碱性物质次氯酸钠(NaClO),是碱性水溶液,会与酸反应,常用于漂白餐具,不过次氯酸钠与酸反应后产生的气体不是二氧化碳,而是有剧毒的氯气。氯系漂白剂与强酸清洁剂皆会标示“不可混合两者,以免发生危险”就是这个原因,只要有酸性物质,次氯酸钠就会产生反应,所以绝对不能将氯系漂白剂与醋或柠檬酸混合。

应用篇:二氧化碳的确认

气球内的气体真的是二氧化碳吗?从以前到现在,小学自然课都会做一种实验,确认“呼出的气体内是否含有二氧化碳”。让我们用同样的方法来确认气球内的气体有没有二氧化碳吧。

生石灰干燥剂。自4 x 6 cm左右的小袋中取出,请尽量不要用手直接接触。若使用一整袋大包干燥剂来做实验,可能会过热造成危险。(世茂出版提供)

实验所需物品:

海苔等零食内附的干燥剂﹝包装上标明含有生石灰、CaO(氧化钙)的干燥剂) 少量
水 适量
宝特瓶(容量500 mL)2个

实验方法:
1. 在宝特瓶内注入400 mL的水,加入干燥剂,注意不要用手直接接触干燥剂。盖上盖子充分摇动(a)后,静置待其完全沉淀(b)。

(世茂出版提供)
(世茂出版提供)

2. 小心地将1的透明上清液(石灰水)倒至另一个宝特瓶,注意手不要碰到液体(c)。

(世茂出版提供)

3. 将前一个实验中吹起来的气球自宝特瓶上取下,压着气球口防止气体逸出。
4. 将3的气球套在2的瓶口上(d)。反复翻转宝特瓶,使瓶内液体与气球内的气体充分混匀。翻转宝特瓶时,注意不要让气球脱落(e)。

(世茂出版提供)
(世茂出版提供)

*干燥剂与石灰水皆为碱性,如果接触到眼部可能会伤到眼睛。操作时须特别注意,要是手不小心碰到了,请马上用水冲洗干净。

石灰水与气球内的气体混合后,会呈白色混浊状。因为生石灰(CaO)溶于水中时,会转变成氢氧化钙(Ca(OH)2)※1,而氢氧化钙又会与二氧化碳反应,生成碳酸钙(CaCO3)※2。碳酸钙是贝壳的主要成分,是一种难溶于水的白色物质。所以若持续对石灰水吹气,便可使其转变成白色混浊状,这就是因为吐出的气体内含有大量二氧化碳的缘故。
※1化学式CaO + H2O → Ca(OH)2 ※2化学式Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

不用手使气球破裂

许多保温容器都是以保丽龙制成,十分轻便好用。保丽龙是一种塑胶,由发泡的聚苯乙烯制成,其中有98%的体积是空气,所以相当轻。
使用后的保丽龙可以融化后重新再利用。融化保丽龙时会用到“柠烯”。柠烯常见于柑橘类果实的外皮,可以让我们在不碰到气球的情况下,使气球破裂。
这个实验很有冲击性,很受小孩子欢迎。不过,因为气球破裂时会发出很大的声响,实验时请小心。

(世茂出版提供)

<本文摘自《放学后的理科教室:33个在家就能做的小实验,玩出理科力!》,世茂出版提供>

责任编辑:茉莉

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