科學(xué)奇觀---干冰實(shí)驗(yàn)

                 姜聯(lián)合編寫編譯

 

     二氧化碳無處不在，大氣中因?yàn)槎趸嫉脑龆喈a(chǎn)生了溫室效應(yīng)，地球變暖了。它不僅是我們呼吸時(shí)呼出的氣體，同時(shí)也是碳酸飲料中注入的氣體。二氧化碳除了以氣體的形態(tài)存在，還可以以固體的形態(tài)存在，那就是干冰了，生活中常見的冰激凌、醫(yī)學(xué)冰凍除疣、滅活器等都與干冰有關(guān)，來做4個(gè)實(shí)驗(yàn)（干冰轉(zhuǎn)化為氣體、漂浮的氣泡、冒泡泡、超低溫溶液）解讀干冰的奧妙。

 

目的：

1.       理解固態(tài)和氣態(tài)二氧化碳的性質(zhì)

2.       理解和演示升華過程

 

背景知識(shí)：

    干冰是由二氧化碳冰凍形成的固體。氣態(tài)的二氧化碳占地球大氣的0.04%，是我們呼吸時(shí)呼出的氣體，是植物進(jìn)行光合作用需要的氣體，同時(shí)也是碳酸飲料中注入的氣體。由于干冰可以保持-78.5 oC的低溫，一般用于冷凍或者保鮮。干冰并不會(huì)像普通的冰融化成水那樣融化成液體，而是直接升華成二氧化碳。

我們經(jīng)常看到水壺?zé)_水時(shí)冒出的蒸汽會(huì)不斷上升，而不同的是，干冰釋放產(chǎn)生的氣體卻會(huì)下降，這是不同的溫度和二氧化碳?xì)怏w的密度同時(shí)造成的結(jié)果。

 

注意事項(xiàng)：

操作：干冰的溫度極低，達(dá)-78.5°C。拿干冰時(shí)必須小心謹(jǐn)慎，觸摸干冰之前需佩戴防護(hù)布料或皮革制成的手套，比如烤箱手套，也可以把厚毛巾墊在手上，或者用金屬鉗拿放干冰。雖然瞬間觸摸干冰不會(huì)受傷，但若皮膚與其長時(shí)間接觸，細(xì)胞會(huì)被凍傷，與火燒造成的傷害類似。

 

保存：應(yīng)將干冰保存在隔熱容器中，隔熱層越厚，它就升華得越慢。切勿將容器完全密封，否則干冰升華產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w會(huì)在容器內(nèi)不斷膨脹，有可能發(fā)生爆炸。不論干冰在哪保存，都要適度保持空氣流通，切勿將其保存在不通風(fēng)的房間、地下室、車廂或者船艙內(nèi)，否則二氧化碳?xì)怏w會(huì)下沉而趕走氧氣，容易造成人的窒息。切勿將干冰保存在冰箱中，超低的溫度會(huì)讓冰箱的自動(dòng)調(diào)溫器關(guān)掉制冷。

 

通風(fēng)：普通的空氣中含有78%的氮?dú)猓?1%的氧氣和僅僅0.035%的二氧化碳。如果空氣中二氧化碳的濃度高于0.5%，就具有危險(xiǎn)性，低于0.5%的濃度時(shí)，二氧化碳會(huì)使人呼吸加快但并不會(huì)造成傷害。如果在放有干冰的地方，你發(fā)現(xiàn)自己開始?xì)獯跤酢⒑粑涌欤蛘咧讣缀妥齑阶兯{(lán)變紫時(shí)，說明你吸入了過多二氧化碳而氧氣不足，請(qǐng)馬上離開此地。二氧化碳比空氣重，會(huì)在低處積累，不要進(jìn)入未經(jīng)充分通風(fēng)的曾放置干冰的密閉空間。

 

運(yùn)輸：盡量在臨近需要的時(shí)候再去取干冰，越晚越好。每24小時(shí)干冰就升華2.3kg至4.5kg，甚至更多。用隔熱良好的容器呈放，比如冷箱。如果用汽車或面包車運(yùn)輸，保證每15分鐘通風(fēng)換氣一次。

 

凍傷治療：采用與燒傷相同的處理方式。如果皮膚起水泡或者脫落務(wù)必就醫(yī)，如果僅僅發(fā)紅，過段時(shí)間會(huì)像其他燒傷一樣自動(dòng)愈合。可使用抗生素軟膏來預(yù)防感染，僅當(dāng)受傷皮膚需要保護(hù)，使用繃帶進(jìn)行包扎。

 

處置：在充分通風(fēng)的地方展開放置即可，干冰會(huì)自動(dòng)由固體升華成氣體。

 

 

                                      實(shí)驗(yàn)1：干冰轉(zhuǎn)化為氣體

 

     干冰升華時(shí)CO2會(huì)釋放出來，將保鮮膜覆在杯子上，同學(xué)們會(huì)看到隨著杯子內(nèi)CO2濃度升高，保鮮膜漸漸鼓了起來。      向杯子里注入清水會(huì)使升華加速，因?yàn)榍逅臏囟雀摺１緦?shí)驗(yàn)還演示了CO2 可以制造缺氧環(huán)境而用來滅火。

 

實(shí)驗(yàn)材料？

·聚苯乙烯泡沫塑料杯

·一大塊干冰

·清水

·保鮮膜

·橡皮筋

·蠟燭

·火柴

 

實(shí)驗(yàn)步驟？

1.     用金屬鉗或?qū)Ｓ檬痔讓⒋髩K的干冰放入杯子中

2.     把保鮮膜用橡皮筋緊緊綁在杯口

3.     觀察正在發(fā)生的現(xiàn)象

4.     去掉保鮮膜，靜置片刻，加入2大調(diào)羹清水

5.     再次用保鮮膜將杯口覆蓋，并用橡皮筋封緊，如果之前用過的保鮮膜有破損，需換新的

6.     觀察現(xiàn)象

7.     點(diǎn)燃蠟燭

8.     將杯中的空氣向蠟燭的火焰小心翼翼地傾倒，勿使干冰掉出

9.     觀察現(xiàn)象

 

思考題：

1.     當(dāng)你把保鮮膜覆蓋到杯子上時(shí)，發(fā)生了什么現(xiàn)象？ 保鮮膜鼓起來了

2.     你能解釋上述現(xiàn)象產(chǎn)生的原因嗎？ 干冰升華時(shí)不斷釋放出二氧化碳，但杯口被保鮮膜封住，二氧化碳越積越多但無法逸出，將保鮮膜鼓了起來

3.     當(dāng)你向杯中加水時(shí)，發(fā)生了什么現(xiàn)象？ 干冰釋放出白色的蒸汽，這就是干冰升華成為無色透明的氣體。

4.     你認(rèn)為“干冰”這個(gè)名字取得好不好？為什么呢？

 

                                 實(shí)驗(yàn)2：漂浮的氣泡

 

     本實(shí)驗(yàn)幫助同學(xué)們理解干冰升華成CO2的過程。干冰不斷釋放出CO2氣體，把泡泡彈了起來，于是泡泡漂浮在干冰上方。

 

實(shí)驗(yàn)材料：

干冰

手套、金屬鉗

吹泡泡的溶液、小棒

冰激凌容器

 

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.     佩戴手套或者用鉗子將適量干冰放置于方形容器中；

2.     在干冰上方吹出泡泡，觀察現(xiàn)象。

 

                                          實(shí)驗(yàn)3：冒泡泡

背景知識(shí)：

    本實(shí)驗(yàn)中同學(xué)們會(huì)看到干冰轉(zhuǎn)化為CO2氣體的過程，以及CO2從圓桶噴出來時(shí)產(chǎn)生的泡泡。熱水會(huì)加快干冰升華的速度，而水里的皂液讓逸出的CO2遭受阻力，不斷積聚，更使得泡泡們噴發(fā)出來，汩汩冒出。

 

實(shí)驗(yàn)材料：

干冰

手套、金屬鉗

高的玻璃或塑料圓桶

皂液 5-10毫升

食用色素

熱水

 

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.     向桶中加入熱水和5-10毫升的皂液，可酌情加入食用色素；

2.     佩戴手套或使用金屬鉗將干冰放入盛有肥皂水的桶中

3.     觀察現(xiàn)象

思考問題：

1.     你能解釋為什么泡泡會(huì)浮在干冰上方嗎？ CO2層

 

                                     實(shí)驗(yàn)4：超低溫溶液

背景知識(shí)

        本實(shí)驗(yàn)使用酒精和干冰制成可在數(shù)秒內(nèi)將物質(zhì)冷凍的超低溫溶液，之所以采用酒精，是因?yàn)樗?114°C的冰點(diǎn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)比水低。

 

實(shí)驗(yàn)材料：

干冰

手套、金屬鉗

燒杯或塑料杯

酒精

水

鮮花或者葉子

 

實(shí)驗(yàn)步驟：

1.     倒半杯的酒精

2.     加入3~5小塊干冰

3.     用金屬鉗把鮮花或葉子放入杯中，靜置30秒

4.     將鮮花或葉子拿出，觀察現(xiàn)象

 

思考問題：

1.     花朵放入干冰酒精混合物中之后發(fā)生了什么變化？ 變得像在冰箱里凍了一夜一樣硬

2.     怎么解釋這個(gè)現(xiàn)象? 干冰溫度太低，所以把花兒凍住了

3.     水的冰點(diǎn)是多少？ 0°C

4.     為什么我們要用酒精而不是水來制作超低溫溶液呢？酒精的冰點(diǎn)是-114°C，而水的冰點(diǎn)是0°C，干冰的溫度是-78.5°C。所以當(dāng)我們把酒精和干冰混合時(shí)，酒精不會(huì)被凍住，但如果是水，就會(huì)結(jié)冰。

 

干冰的實(shí)際應(yīng)用

 

包裝：干冰被廣泛用于包裝需冷凍保存的物質(zhì)，比如冰激凌。

醫(yī)藥：在醫(yī)學(xué)上，用來冰凍并除掉疣或痣。

建筑行業(yè)：用來收縮和碎裂地磚使其變松，還有維修無閥門的水管時(shí)冰凍水管里的水。

滅活器：用來撲滅電氣火災(zāi)，CO2趕走氧氣讓火苗熄滅。

 

 


科學(xué)奇觀---干冰實(shí)驗(yàn)

圖文簡(jiǎn)介

二氧化碳除了以氣體的形態(tài)存在，還可以以固體的形態(tài)存在，那就是干冰了，生活中常見的冰激凌、醫(yī)學(xué)冰凍除疣、滅活器等都與干冰有關(guān)，來做4個(gè)實(shí)驗(yàn) 解讀干冰的奧妙吧。