化学九年级上册第6单元课题1实践活动

关于木炭对不同气体吸附性差异的探究

作者：王华龙（花都区赤坭镇三和庄初级中学）审稿：江耀村朱少祥

一、问题的提出

在《碳的几种单质》课题中学到活性炭和木炭具有吸附性，并从实验中验证活性炭和木炭都能吸附有毒二氧化氮气体。防毒面具滤毒罐中装的活性炭，就是利用活性炭吸附毒性气体的性质。由此学生提出：“木炭和活性炭是否只吸附有毒的气体？能否吸附所有的毒性的气体？而不吸附其它的气体？例如：活性炭和木炭能否吸附氧气、氢气、二氧化碳、氨气、氯化氢、二氧化硫、氯气、一氧化碳、氮气等气体？活性炭和木炭是否能吸附所有的气体？如果不能，那么它能吸附具有什么性质的气体？”为了解决这一问题笔者与学生一起进行了对木炭吸附不同气体的差异性的探究活动。

二、解决问题的过程与结论

（一）解决问题的过程

1、分析木炭（活性炭）吸附性的原理

木炭是由木材在隔绝空气加强热制取的。因为木材中有很多输送营养成分的管道，当木材隔绝空气加强热（即木材炭化），这些管道仍然存在，这样木炭内部就还有很多空隙，这就是木炭疏松多孔的结构，但仍然有一些残留物在上面，如果用高温水蒸气清洗掉管道上面的残留物就得到活性炭了，因为清除了管道中的残留物，空隙更变得更大了。当某些微粒经过这些管道内，这些微粒就会附着在其上面，里面的空隙越大，吸附作用也就越大，所以活性炭比木炭吸附作用更强，因我校活性炭较少，以下我们用木炭做实验进行探究。

2、验证木炭吸附作用的前期准备

（1）将大块的木炭分成小块并放在烘箱中烘干待其降至室温后使用，其目的是将木炭吸附的水分蒸干使木炭具有更好的吸附性。

（2）制取上述气体方法

查有关资料得到制下列气体的方法（如下表、每种气体各三瓶）。

表1

2

2KCl +MnCl

3、验证木炭对各种气体的吸附性

（1）验证的方法与原理

用下列装置验证木炭的吸附性；将木炭放入要验证的气体中并迅速把带玻璃

导管的橡胶塞插入集气瓶（插紧）和装水的烧杯中，如果气体能被木炭吸附，那么瓶内的压强就会减少，过24小时打开铁夹如果有水进入该集瓶气瓶中，也就说明木炭能吸附这种气体，如果水不能进入该瓶中，说明木炭不能吸附这种气体。

如果有颜色的气体、颜色会消失，如果有气味的气体打开瓶塞后闻不到气味（或气味变淡了）也说明这种气体被吸附了。

（2）观察到的现象和对应的结论如下表：

表2

另外的现象是：

一是加木炭一段时间后看不到氯气和二氧化氮气体颜色；

二是24小时后打开瓶盖后闻不到氨气、氯化氢、二氧化硫、氯气、二氧化氮的气味或气味变谈；

三是24小时后打开装一氧化碳气体胶塞后，仍能将气体点燃。

这些现象也说明氯气、二氧化氮、氨气、氯化氢、二氧化硫能被木炭吸附，而一氧化碳不能被木炭吸附。

4、木炭吸附什么样的气体

从上述现象可看出：木炭并不是对所有气体都有吸附作用，它能吸附有毒的二氧化氮、氯气、二氧化硫、氯化氢、氨气，但又不能吸附有剧毒的一氧化碳气体，那么木炭究竟能吸附什么性质的气体呢？针对这个问题，我们查有关资料找出这些气体的一些相关性质（如：沸点、是否有毒、溶解性、是否容易液化）和相对分子质量的大小等进行比较：

表3

从上表可看出那些在常压下沸点较高的气体容易被液化,容易液化和溶解

度大的气体就容易被吸附。因为很多有毒的气体都是较容易液化，所以我们误认为木炭（活性炭）能吸附所有有毒的气体。但从上可看出一氧化碳有剧毒的气体，木炭却不能吸附它，所以木炭并不是能吸附所有有性毒的气体。水蒸气虽然没有毒，，但水蒸气很容易被木炭和其它大部分固体所吸附，这是大家所熟悉的常识，这也是因为水蒸气很容易液化的缘故。

5、提出质疑

查资料得知：一方面是木炭对气体的吸附作用有一定限度，即木炭不能无限制地吸附某一种气体，这就是木炭吸附气体的饱和性；另一方面是温度越高木炭吸附性就越差，如果在常温下木炭吸附这些气体，那么在升温的条件下被吸附的气体会有相当一部分会从木炭中释放出来。

上述实验能说明木炭不吸附二氧化碳、氧气、氮气吗？显然不能，因为任何存放木炭的地方有大量的空气，如果木炭能吸附这些气体那么早就吸附饱和了，这样当我们把木炭放入这二氧化碳、氧气、氮气中时，自然就不能再吸附这些气体了，所以上述实验得出木炭不吸附二氧化碳、氧气、氮气的结论是不准确的。那怎样来验证木炭是否吸附了这三种气体呢？

6、再做实验验证

（1）参照实验

在沸水中加热装有吸附了氨气的木炭的试管（见下图）、结果能闻到氨的气味，将湿润的红色石蕊试纸放在装这种木炭的试管口，结果试纸变蓝；说明温度升高被吸附的氨气释放出来了。

（2）提出假设

○1假设木炭只吸附了空气中的氧气、那么加热这种木炭能放出使带火星木条复燃的气体；

○2假设木炭只吸附了空气中的二氧化碳、那么加热这种木炭能放出使澄清石灰水变浑浊的气体；

○3假设木炭只吸附了空气中的氮气、那么加热这种木炭能放出使燃着木条火焰熄灭的气体；

○4假设木炭吸附了空气的全部成分、那么加热这种木炭能放出更多的气体。

（3）验证假设实验

取五支大小相同的试管：其中四支装三分之一的木炭（编号分别为A、B、C、D），另一支装三分之一的小石子（编号为E）。

A、B两支试管连结尖嘴导管（用来验证是否有氧气与氮气释放出来）、C 试管支连结导管并将导管插入石灰水中，D支试管口系上气球，E支试管装也系上气球，然后同时放在沸水中加热。

如果假设成立应有现象是：

只吸附了氧气，那么加热能产生使带火星木条复燃气体；

只吸附了氮气，那么加热能产生使燃木条熄灭的气体；

只吸附了二氧化碳，那么加热能产生使澄清石灰水变浑浊的气体；

吸附了空气的全部成分，那么加热装D试管时气球会加热E试管上的气球会更大一些。

说明：如果在酒精灯火焰上加热试管，因为温度高试管内的木炭会与氧气发生反应生成二氧化碳，并消耗了氧气，这样会影响了性质的验证，所以不能在火焰上加热而是在沸水中加热。

加热装各种木炭试管的现象与结论下表：

表4

（二）得出结论

比较表3和表4可得出：

1、木炭并不是能吸附所有的气体，有的气体能被吸附、有的不能被吸附；

2、常压下容易液化的气体容易被木炭吸附，水蒸气最容易液化的气体，所以很多内部有空隙的固体物质都能吸附水蒸气；

3、大部分有毒的气体容易液化，所以木炭能吸附大部分有毒的气体。

由此可联想到为什么人们在搬进新装修的房子时用一些茶叶或干的柚子皮来吸附那些有毒的气体（一般是含有甲醛蒸气），原因也是甲醛蒸气容易液化，而干柚子皮和茶叶内部都有大量的空隙，所在可用这些物质来吸附房子内有毒的甲醛蒸气。

三、体会与反思：

（一）、体会

这次活动的整个过程都是由教师与学生共同提出问题，共同参与活动探究、分析总结得出结论。在活动过程中体现了教师起着引导作用，学生为主体参加活动的原则，很多情况教师并没有直接告诉学生该如何做，而是先让学生想办法解决；例如：学生不知道如何制取上述各种气体，笔者并没有立即告诉学生该如何制取这些气体，而是引导他们借用高中化学课本查阅或通过上网搜索、同样对这些气体性质的了解也是通过同样的手段来完成。而对这些气体制取装置和收集气体装置、验证木炭对气体吸附性的装置都是由学生先讨论后笔者再指导的方法来确定的。

活动中：学生进一步学会实验室制各种气体的原理和收集气体的操作方法，从中体会到并不是实验室制所有气体都是用化学变化的方法，例如：实验室制氯化氢等气体就是用物理的方法来制的。也可验证到木炭并不是能吸附所有的气体，而是有选择性地吸附某一些气体，并且被吸附多一些、有的少一些。

学生通过对这次活动探究，锻炼了学生亲自动手做实验的能力，提高了学生的化学思维能力，激发了学生学习化学的热情，提高了学生的科学探究的能力。

（二）、反思

当然在活动的过程中也遇到一些挫折；例如：做木炭吸附氨气实验时；先用生石灰与浓氨水作用，这样产生氨气的速度非常慢，这样的收集到的氨气很不纯，在做实验很难观察到有水进入集气瓶中，一度使学生怀疑木炭能能否吸附氨气。

另一个没有弄清的现象是为什么加热吸附了二氧化氮气体的木炭为何不能释放出二氧化氮气体，教师与学生都查阅了很多资料，但是都没有找到答案。

第三方面由于本次活动选择只有10种气体，相对所有气体来说只是个别，用个别现象得出的结论，这样的结论值得商榷。同时我们所用气体浓度并不相同，所以比较吸附性的强弱就有一些牵强附会，当然就是气体在相同浓度下，我们人工操作也有时快、有时慢，所以我们得出的结论只是很粗略的。