科學奇觀---干冰實驗

                 姜聯合編寫編譯

 

     二氧化碳無處不在，大氣中因為二氧化碳的增多產生了溫室效應，地球變暖了。它不僅是我們呼吸時呼出的氣體，同時也是碳酸飲料中注入的氣體。二氧化碳除了以氣體的形態存在，還可以以固體的形態存在，那就是干冰了，生活中常見的冰激凌、醫學冰凍除疣、滅活器等都與干冰有關，來做4個實驗（干冰轉化為氣體、漂浮的氣泡、冒泡泡、超低溫溶液）解讀干冰的奧妙。

 

目的：

1.       理解固態和氣態二氧化碳的性質

2.       理解和演示升華過程

 

背景知識：

    干冰是由二氧化碳冰凍形成的固體。氣態的二氧化碳占地球大氣的0.04%，是我們呼吸時呼出的氣體，是植物進行光合作用需要的氣體，同時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。

我們經常看到水壺燒開水時冒出的蒸汽會不斷上升，而不同的是，干冰釋放產生的氣體卻會下降，這是不同的溫度和二氧化碳氣體的密度同時造成的結果。

 

注意事項：

操作：干冰的溫度極低，達-78.5°C。拿干冰時必須小心謹慎，觸摸干冰之前需佩戴防護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受傷，但若皮膚與其長時間接觸，細胞會被凍傷，與火燒造成的傷害類似。

 

保存：應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，否則干冰升華產生的二氧化碳氣體會在容器內不斷膨脹，有可能發生爆炸。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的房間、地下室、車廂或者船艙內，否則二氧化碳氣體會下沉而趕走氧氣，容易造成人的窒息。切勿將干冰保存在冰箱中，超低的溫度會讓冰箱的自動調溫器關掉制冷。

 

通風：普通的空氣中含有78%的氮氣，21%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%，就具有危險性，低于0.5%的濃度時，二氧化碳會使人呼吸加快但并不會造成傷害。如果在放有干冰的地方，你發現自己開始氣喘吁吁、呼吸加快，或者指甲和嘴唇變藍變紫時，說明你吸入了過多二氧化碳而氧氣不足，請馬上離開此地。二氧化碳比空氣重，會在低處積累，不要進入未經充分通風的曾放置干冰的密閉空間。

 

運輸：盡量在臨近需要的時候再去取干冰，越晚越好。每24小時干冰就升華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輸，保證每15分鐘通風換氣一次。

 

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必就醫，如果僅僅發紅，過段時間會像其他燒傷一樣自動愈合。可使用抗生素軟膏來預防感染，僅當受傷皮膚需要保護，使用繃帶進行包扎。

 

處置：在充分通風的地方展開放置即可，干冰會自動由固體升華成氣體。

 

 

                                      實驗1：干冰轉化為氣體

 

     干冰升華時CO2會釋放出來，將保鮮膜覆在杯子上，同學們會看到隨著杯子內CO2濃度升高，保鮮膜漸漸鼓了起來。      向杯子里注入清水會使升華加速，因為清水的溫度更高。本實驗還演示了CO2 可以制造缺氧環境而用來滅火。

 

實驗材料？

·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

 

實驗步驟？

1.     用金屬鉗或專用手套將大塊的干冰放入杯子中

2.     把保鮮膜用橡皮筋緊緊綁在杯口

3.     觀察正在發生的現象

4.     去掉保鮮膜，靜置片刻，加入2大調羹清水

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.     觀察現象

7.     點燃蠟燭

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.     觀察現象

 

思考題：

1.     當你把保鮮膜覆蓋到杯子上時，發生了什么現象？ 保鮮膜鼓起來了

2.     你能解釋上述現象產生的原因嗎？ 干冰升華時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.     當你向杯中加水時，發生了什么現象？ 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.     你認為“干冰”這個名字取得好不好？為什么呢？

 

                                 實驗2：漂浮的氣泡

 

     本實驗幫助同學們理解干冰升華成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。

 

實驗材料：

干冰

手套、金屬鉗

吹泡泡的溶液、小棒

冰激凌容器

 

實驗步驟：

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，觀察現象。

 

                                          實驗3：冒泡泡

背景知識：

    本實驗中同學們會看到干冰轉化為CO2氣體的過程，以及CO2從圓桶噴出來時產生的泡泡。熱水會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，更使得泡泡們噴發出來，汩汩冒出。

 

實驗材料：

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

 

實驗步驟：

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.     觀察現象

思考問題：

1.     你能解釋為什么泡泡會浮在干冰上方嗎？ CO2層

 

                                     實驗4：超低溫溶液

背景知識

        本實驗使用酒精和干冰制成可在數秒內將物質冷凍的超低溫溶液，之所以采用酒精，是因為它-114°C的冰點遠遠比水低。

 

實驗材料：

干冰

手套、金屬鉗

燒杯或塑料杯

酒精

水

鮮花或者葉子

 

實驗步驟：

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，觀察現象

 

思考問題：

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

2.     怎么解釋這個現象? 干冰溫度太低，所以把花兒凍住了

3.     水的冰點是多少？ 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？酒精的冰點是-114°C，而水的冰點是0°C，干冰的溫度是-78.5°C。所以當我們把酒精和干冰混合時，酒精不會被凍住，但如果是水，就會結冰。

 

干冰的實際應用

 

包裝：干冰被廣泛用于包裝需冷凍保存的物質，比如冰激凌。

醫藥：在醫學上，用來冰凍并除掉疣或痣。

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

滅活器：用來撲滅電氣火災，CO2趕走氧氣讓火苗熄滅。

 

 


科學奇觀---干冰實驗

圖文簡介

二氧化碳除了以氣體的形態存在，還可以以固體的形態存在，那就是干冰了，生活中常見的冰激凌、醫學冰凍除疣、滅活器等都與干冰有關，來做4個實驗 解讀干冰的奧妙吧。