1. 3M科学总动员@家庭实验 – 充气小站
充气小站,又称“爆炸站”

用醋和小苏打混合后产生的气体给气球充气

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关键概念

  • 化学

     

  • 气体

     

  • 反应

     

  • 酸和碱

     


  • 介绍

    你可能知道,将某些化学物质混合在一起时,有时会发生奇怪的事情。最受欢迎的反应之一是:将小苏打和醋混合在一起时,会产生出一大堆美丽的气泡。但是,你是否想过,可否使用该反应来做一些有用的事情?在本活动中,我们将探索如何能够利用发生化学反应来完成某些工作!

  • 背景

    二氧化碳是无色无味的气体。二氧化碳是一种通过自然的反应而生成的化学物质。植物利用二氧化碳和太阳光中的能量进行光合作用。汽车会排放出的二氧化碳,是汽油燃烧所产生的副产品。如果二氧化碳含量过多时,可能会有害。今天,我们将针对其有用的应用中的一种展开研究。

  • 准备工作

    • 量出1/4杯小苏打
    • 量出1杯醋
    • 拽出气球的嘴部,这样会更容易将其安装到水瓶的嘴上
  • 步骤

    1. 将漏斗的窄端放入气球的嘴中,使气球悬挂在漏斗下方。将小苏打小心地倒入气球中。完成后,气球中应大约有一半充满了小苏打。
    2. 从气球上取下漏斗,然后将气球放在桌子上。
    3. 使用漏斗将醋小心地灌入空的水瓶中。
    4. 在大人的帮助下,将气球的嘴伸到瓶子的嘴上。确保套在瓶口周围的气球嘴部一直密封良好牢固。
    5. 用一只手将水瓶固定,用另一只手帮忙将气球中的小苏打倒入水瓶中。你看到水瓶内部发生了什么?气球发生了什么变化?
  • 观察与结果

    气球为什么会膨胀?将小苏打(碳酸氢钠,NaHCO3)和醋(乙酸,CH3COOH)混合时,会很快生成碳酸。这就是造成你看到的气泡的原因。碳酸(H2CO3)非常不稳定,会分解为水和二氧化碳。二氧化碳是一种气体,需要大量空间,因此会冲入气球并将之充满。

  • 清理

    从水瓶中取出气球时务必要小心。可以让一个大人帮助你。可以用水溶性的冲洗液辅助将水瓶中的液体冲入下水道。

  • 更多探索

    有很多扩展和重复此反应的方法。你可以将其转变成实验并调整所加入的内容,以查看是否会产生不同的结果。你可以尝试探索变动以下几个变量。当你改变以下几个变量时,请注意观察会发生什么...


    • 小苏打的量?
    • 醋的量?
    • 醋的温度?

     

    请记住,你一次只能更改一个变量,以便可以观察和了解正在发生了什么。

  • 安全第一和成年人监督

    • 认真按照实验说明进行操作。
    • 在每个实验中,应当由监护人提供协助。
    • 虽然在家进行科学实验是学习动手科学的好方法,但请注意,有些实验可能要求参与者采取额外的安全预防措施,否则,有可能会出问题。
    • 针对可能有害的材料或锋利的物体,大人应当给予处理或协助处理。
    • 在进行任何实验之前,大人应了解这个实验,确保学生年龄适合参与每项活动。

科学知识教学大纲

这项实验之所以被“科学总动员之家庭实验”选中,是因为化学反应是重要的科学知识。其在多个科学或工程学科中都非常重要。

物理科学1:物质及其相互作用

一阶段

  • 1.存在不同种类的物质,并且可以通过可观察到的物质的特性来进行描述。

二阶段

  • 1.可以将任何类型的物质分割成为极小的肉眼看不到的粒子,但即使看不到,但这些物质仍然存在,并且可以通过其他方式检测到。
  • 2.当物质改变形式时,即使在它似乎消失的过渡期中,物质的数量仍为守恒状态。

三阶段

  • 1.物质是由不同种类的原子组成的,这些原子以不同的方式结合在一起。原子形成的分子大小从2个原子到数千个原子。
    原子形成分子,分子的大小范围:可能从由两个原子构成的分子到可以由数千个原子构成的分子。分子可以是具有重复亚基的延伸性结构。
  • 2.气体和液体是由相对运动的分子或惰性原子构成的。在液体中,分子不断地与其它分子接触;在气体中,除了发生碰撞外,它们的间距都很宽。在固体中,原子间隔很近,可以在某个位置振动,但不会改变相对位置。

四阶段

  • 1.每个原子都有一个带电的子结构,该子结构由原子核组成,原子核由质子和中子构成,原子核的外部被电子包围。
  • 2.物质在大尺度上的结构和相互作用是由原子内部和原子之间的电作用力所决定的。

一阶段

  • 1.两种或两种以上不同的物质混合后,可能会形成具有不同性质的新物质。
  • 2.但是无论发生什么反应或性质变化,物质的总重量不会改变。

 

二阶段

  • 1.物质通过特有的方式发生化学反应。在化学反应过程中,组成原物质的原子重新组合成不同的分子,而这些新物质具备不同于反应物的性质。
  • 2.每种原子的总数是守恒的,因此质量不变。
  • 3.有的化学反应释放能量,有的储存能量。

 

三阶段

  • 1.化学反应过程的速率,以及是否储存或释放能量,可以从分子碰撞和原子重排成新分子的角度来理解,由此导致的结果是这组分子中所有键能总和的变化与动能的变化相匹配。
  • 2.在描述和预测化学反应时,可以运用原子守恒定律以及有关元素的化学性质的知识。

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