试谈手持技术在中学化学教学中的应用

试谈手持技术在中学化学教学中的应用

——以气体“温室效应”的探究实验为例

李金花1谢素梨2黄菲菲1 钱扬义1*

（1 华南师范大学化学教学与资源研究所，广州，510006；2 广州市第八十中学）摘要本文通过利用手持技术设计具体的实验，测定了在太阳光下不同气体温度随

时间的变化、在红外灯照射下不同浓度CO

2之间以及CO

2

和CH

4

温度随时间的变化，验

证了气体种类和浓度是影响“温室效应”的重要因素的结果。最后以本实验为例并结合手持技术仪器的特点探讨了手持技术在中学化学教学中的应用。

关键词手持技术温室效应温室气体化学教学

1 前言

地球的大气层起着温室玻璃的作用，允许波长较短的太阳辐射穿过，抵达地球表面，却能够吸收波长较长的地球的红外辐射热，使地球保持着一种温暖的状态，这种现象被形象地称为“温室效应”。大气中具有“温室效应”的气体称为温室气体，主要包括水蒸气、CO2、O3、CH4、CO、NO x以及CFC（Chloro-fluoron-carbon 的简称，属氟氯烃类化合物）等[1-2]。因此，“温室效应”的增强所导致的全球气温的增幅就应该跟温室气体的性质以及含量有关，借助手持技术仪器便携、实时、准确、直观、综合性强等优点，可以设计学生实验进行验证。

“温室效应”是全球关注的环境问题之一，而与“温室效应”有关的知识成为我国近年来中考、高考、模拟考化学的考查热点。笔者在高三年级解答学生问题时，发现学生对“温室效应”产生的本质以及“温室效应”对环境的影响等问题理解存在困难。由此访问了几位中学教师，他们普遍反映：学生平时自主的积累与“温室效应”有关的知识是不足的，而教师在课堂上也没有深入展开“温室效应”相关知识的教学，更重要的是他们也没有想到以何种方式开展此专题的教学活动。为了解决学生和化学教师的困难，笔者以“温室效应”为主要关键词查阅了相关的文献资料和书籍，欣然的发现，通过引导学生设计“温室效应”影响因素的探究实验来解决以上的教学难点。

2 “温室效应”影响因素的实验

2.1 仪器与药品

手持技术实验仪器：温度传感器（-25℃~110℃）4根数据采集器（NOV A5000）*钱扬义，电子邮箱：qianyy@

普通实验仪器：带胶塞的导管2根10mL和100mL量筒各一个水槽1个铁架台普通试管具支试管1支300mL的医用盐水玻璃瓶8个红外灯（500W）1盏药品：双氧水（30%）二氧化锰盐酸大理石固体醋酸钠碱石灰凡士林2.2 实验设计与操作

2.2.1 校正实验

在实验室内，把4个温度传感器同时放入装有自来水的同一水槽，启动NOVA5000测试它们的灵敏度和温度偏差值是否一致。

2.2.2 太阳光照射下CO

2、空气、O

2

温度“温室效应”强度的比较

取3个300mL的玻璃瓶分别收集满CO

2、空气和O

2

。分别将温度传感器通过塞子

中间的小孔插入玻璃瓶中并使它们处于同一高度，组装好仪器后（露置于空气中的

温度传感器用于测量环境温度变化情况），把装置置于太阳底下，设置并启动NOVA5000，开始采集数据。观察实验情况，实验后根据各种气体的最高温度及平均温度来分析实验结果。此实验标记为实验1。

2.2.3 红外灯照射下不同浓度CO2的空气“温室效应”强度的比较

取4个300mL 的玻璃瓶，通过排水法收集不同体积的CO

2

，依次得到分别含10%、

20%、30%、40%CO

2

的空气混合物。

将装满含有不同浓度CO

2

的空气的4个瓶子摆放好，并使它们离红外灯中心的距离一致以保持各个瓶子接受同等强度的红外光照射。分别将温度传感器穿过塞子中间的小孔插入瓶中。组装好仪器后，设置并启动NOVA5000，打开红外灯照射，开始采集数据。观察实验情况，实验后根据不同浓度气体的最高温度和平均温度来分析实验结果和它们的变化规律。此实验标记为实验2。

2.2.4 红外灯照射下CH

4和CO

2

“温室效应”强度的比较

取2个300mL的玻璃瓶分别收集满CO

2和CH

4

。如实验2所操作，比较CH

4

和CO

2

“温室效应”的强弱。此实验标记为实验3。

2.3 实验结果与分析

2.3.1 校正实验结果与分析

实验所用到的4根温度传感器灵敏度和温度偏差值一致，可以不需要校准数据而直接作图分析。

2.3.2 实验1结果与分析

图1太阳光照射下CO

2、空气、O

2

温度随时间的变化曲线

表1 实验1的数据记录

温度O

2空气CO

2

环境

最高温度/℃38.72 39.18 39.67 34.03

平均温度/℃38.33 38.71 39.09 33.21

温度上升情况较少较多最多变化少

由图1以及表1可以看出，环境的温度比较稳定利于实验的进行，三类气体的

最高温度以及平均温度的顺序都是CO

2>空气>O

2

（因为在太阳底下升温比较慢，平均

温度取实验后阶段600到1200秒期间较高温度区的平均温度分析）。据了解，红外吸收只适应具有红外活性的化合物，即含有共价键、并在振动过程中伴随有瞬时偶极矩变化的化合物。完全对称分子，没有偶极矩变化，辐射不能引起共振，无红外活性，非对称分子有偶极矩，有红外活性[5-6]。由此可见，CO

2

是影响大气“温室效应”的主要气体之一，而空气是多种气体的混合物，含有大部分无红外活性的气体

（N

2和O

2

）和含有少部分红外活性气体（CO

2

等），所以整体“温室效应”强度比O

2

强但温度相差较近。实验结果与文献[3]结果相吻合。

2.3.3 实验2结果与分析

图2 不同浓度CO

2

温度随时间的变化曲线