科学奇观---干冰实验

科学奇观---干冰实验

姜联合编写编译

二氧化碳无处不在，大气中因为二氧化碳的增多产生了温室效应，地球变暖了。它不仅是我们呼吸时呼出的气体，同时也是碳酸饮料中注入的气体。二氧化碳除了以气体的形态存在，还可以以固体的形态存在，那就是干冰了，生活中常见的冰激凌、医学冰冻除疣、灭活器等都与干冰有关，来做4个实验（干冰转化为气体、漂浮的气泡、冒泡泡、超低温溶液）解读干冰的奥妙。

目的：

1. 理解固态和气态二氧化碳的性质

2. 理解和演示升华过程

背景知识：

干冰是由二氧化碳冰冻形成的固体。气态的二氧化碳占地球大气的0.04%，是我们呼吸时呼出的气体，是植物进行光合作用需要的气体，同时也是碳酸饮料中注入的气体。由于干冰可以保持-78.5 oC的低温，一般用于冷冻或者保鲜。干冰并不会像普通的冰融化成水那样融化成液体，而是直接升华成二氧化碳。

我们经常看到水壶烧开水时冒出的蒸汽会不断上升，而不同的是，干冰释放产生的气体却会下降，这是不同的温度和二氧化碳气体的密度同时造成的结果。

注意事项：

操作：干冰的温度极低，达-78.5°C。拿干冰时必须小心谨慎，触摸干冰之前需佩戴防护布料或皮革制成的手套，比如烤箱手套，也可以把厚毛巾垫在手上，或者用金属钳拿放干冰。虽然瞬间触摸干冰不会受伤，但若皮肤与其长时间接触，细胞会被冻伤，与火烧造成的伤害类似。

保存：应将干冰保存在隔热容器中，隔热层越厚，它就升华得越慢。切勿将容器完全密封，否则干冰升华产生的二氧化碳气体会在容器内不断膨胀，有可能发生爆炸。不论干冰在哪保存，都要适度保持空气流通，切勿将其保存在不通风的房间、地下室、车厢或者船舱内，否则二氧化碳气体会下沉而赶走氧气，容易造成人的窒息。切勿将干冰保存在冰箱中，超低的温度会让冰箱的自动调温器关掉制冷。

通风：普通的空气中含有78%的氮气，21%的氧气和仅仅0.035%的二氧化碳。如果空气中二氧化碳的浓度高于0.5%，就具有危险性，低于0.5%的浓度时，二氧化碳会使人呼吸加快但并不会造成伤害。如果在放有干冰的地方，你发现自己开始气喘吁吁、呼吸加快，或者指甲和嘴唇变蓝变紫时，说明你吸入了过多二氧化碳而氧气不足，请马上离开此地。二氧化碳比空气重，会在低处积累，不要进入未经充分通风的曾放置干冰的密闭空间。

运输：尽量在临近需要的时候再去取干冰，越晚越好。每24小时干冰就升华2.3kg至4.5kg，甚至更多。用隔热良好的容器呈放，比如冷箱。如果用汽车或面包车运输，保证每15分钟通风换气一次。

冻伤治疗：采用与烧伤相同的处理方式。如果皮肤起水泡或者脱落务必就医，如果仅仅发红，过段时间会像其他烧伤一样自动愈合。可使用抗生素软膏来预防感染，仅当受伤皮肤需要保护，使用绷带进行包扎。

处置：在充分通风的地方展开放置即可，干冰会自动由固体升华成气体。

实验1：干冰转化为气体

干冰升华时CO2会释放出来，将保鲜膜覆在杯子上，同学们会看到随着杯子内CO2浓度升高，保鲜膜渐渐鼓了起来。 向杯子里注入清水会使升华加速，因为清水的温度更高。本实验还演示了CO2 可以制造缺氧环境而用来灭火。

实验材料？

·聚苯乙烯泡沫塑料杯

·一大块干冰

·清水

·保鲜膜

·橡皮筋

·蜡烛

·火柴

实验步骤？

1. 用金属钳或专用手套将大块的干冰放入杯子中

2. 把保鲜膜用橡皮筋紧紧绑在杯口

3. 观察正在发生的现象

4. 去掉保鲜膜，静置片刻，加入2大调羹清水

5. 再次用保鲜膜将杯口覆盖，并用橡皮筋封紧，如果之前用过的保鲜膜有破损，需换新的

6. 观察现象

7. 点燃蜡烛

8. 将杯中的空气向蜡烛的火焰小心翼翼地倾倒，勿使干冰掉出

9. 观察现象

思考题：

1. 当你把保鲜膜覆盖到杯子上时，发生了什么现象？ 保鲜膜鼓起来了

2. 你能解释上述现象产生的原因吗？ 干冰升华时不断释放出二氧化碳，但杯口被保鲜膜封住，二氧化碳越积越多但无法逸出，将保鲜膜鼓了起来

3. 当你向杯中加水时，发生了什么现象？ 干冰释放出白色的蒸汽，这就是干冰升华成为无色透明的气体。

4. 你认为“干冰”这个名字取得好不好？为什么呢？

实验2：漂浮的气泡

本实验帮助同学们理解干冰升华成CO2的过程。干冰不断释放出CO2气体，把泡泡弹了起来，于是泡泡漂浮在干冰上方。

实验材料：

干冰

手套、金属钳

吹泡泡的溶液、小棒

冰激凌容器

实验步骤：

1. 佩戴手套或者用钳子将适量干冰放置于方形容器中；

2. 在干冰上方吹出泡泡，观察现象。

实验3：冒泡泡

背景知识：

本实验中同学们会看到干冰转化为CO2气体的过程，以及CO2从圆桶喷出来时产生的泡泡。热水会加快干冰升华的速度，而水里的皂液让逸出的CO2遭受阻力，不断积聚，更使得泡泡们喷发出来，汩汩冒出。

实验材料：

干冰

手套、金属钳

高的玻璃或塑料圆桶

皂液 5-10毫升

食用色素

热水

实验步骤：

1. 向桶中加入热水和5-10毫升的皂液，可酌情加入食用色素；

2. 佩戴手套或使用金属钳将干冰放入盛有肥皂水的桶中

3. 观察现象

思考问题：

1. 你能解释为什么泡泡会浮在干冰上方吗？ CO2层

实验4：超低温溶液

背景知识

本实验使用酒精和干冰制成可在数秒内将物质冷冻的超低温溶液，之所以采用酒精，是因为它-114°C的冰点远远比水低。

实验材料：

干冰

手套、金属钳

烧杯或塑料杯

酒精

水

鲜花或者叶子

实验步骤：

1. 倒半杯的酒精

2. 加入3~5小块干冰

3. 用金属钳把鲜花或叶子放入杯中，静置30秒

4. 将鲜花或叶子拿出，观察现象

思考问题：

1. 花朵放入干冰酒精混合物中之后发生了什么变化？ 变得像在冰箱里冻了一夜一样硬

2. 怎么解释这个现象? 干冰温度太低，所以把花儿冻住了

3. 水的冰点是多少？ 0°C

4. 为什么我们要用酒精而不是水来制作超低温溶液呢？酒精的冰点是-114°C，而水的冰点是0°C，干冰的温度是-78.5°C。所以当我们把酒精和干冰混合时，酒精不会被冻住，但如果是水，就会结冰。

干冰的实际应用

包装：干冰被广泛用于包装需冷冻保存的物质，比如冰激凌。

医药：在医学上，用来冰冻并除掉疣或痣。

建筑行业：用来收缩和碎裂地砖使其变松，还有维修无阀门的水管时冰冻水管里的水。

灭活器：用来扑灭电气火灾，CO2赶走氧气让火苗熄灭。