"温室效应"模拟实验
作者：杨朝珍张南荣
教学仪器与实验 2004年02期
1.问题提出
人类诞生几百万年以来，一直和自然界相安无事。因为通过人类活动来破坏自然的能力很弱，最多只能引起局部小气候的改变。但是工业革命以来情况就不一样了，工业化大量燃烧煤和石油，向地球大气排放巨量的废气。这些废气就像被子一样，加强了大气层的保温效果，使地球平均温度有逐年上升的趋势，科学家把这种现象称之为地球的“温室效应”，地球大气中起温室作用的气体称为温室气体（主要有二氧化碳、甲烷、臭氧、一氧化二氮等）。下面我们以二氧化碳为例做模拟实验，以证明人类活动过程大量排放废气的温室效应，从而对学生进行环保教育。
2.材料及仪器
3mm厚有机玻璃板一块，0℃～50℃热敏温度计2支，电钻，钩刀，注射器，黑色纸板，三氯甲烷，800W灯管台式取暖器。200g天平，250mL三角烧瓶，125mL分液漏斗，250ml量筒，药匙，500mL烧杯，带玻璃管的双孔塞，乳胶管一段，稀盐酸，碳酸钙。
3.活动目的和要求
（1）学习二氧化碳的制取。
（2）深入具体问题的研究，用实验数据说明二氧化碳气体具有保温的作用，提高环保意识，增强学生关注环境问题的自觉性。
4.方法步骤
（1）制作两间密闭小屋
①用钩刀将有机玻璃切割长20cm、宽20cm若干块。
②用注射器吸取三氯甲烷少许，把裁剪的有机玻璃块粘贴成两间体积相同的（约800mL）封闭式小屋。
③用电钻在两间小屋顶及侧面分别各钻一小孔。
④两间小屋背面贴上黑色纸板（这一步是取得实验正确数据的关键）。
（2）二氧化碳气体的制取和收集
①称碳酸钙粉末30g放入250ml的三角烧瓶内，把带分液漏斗和玻璃管的双孔胶塞塞紧瓶口（图1）。
②检查装置是否气密：双手紧压三角烧瓶，气体出口处放入水中有气泡产生，说明装置密闭。
③把稀释的盐酸装入分液漏斗，开启漏斗活塞，让稀盐酸缓缓加入三角烧瓶内并与碳酸钙发生反应产生二氧化碳。把A小屋充满二氧化碳。
反应方程式：
④检验小屋气体是否装满：将点燃的木条靠近A小屋屋顶小孔处，如果火焰熄灭，证明二氧化碳已充满小屋。把制取二氧化碳的装置移走。⑤在A小屋插入一支50℃热敏温度计，密封各小孔。
⑥向B小屋充入自然空气，插入一支50℃热敏温度计，密封各小孔（图2）。
（3）温度变化测定
将B（充满空气）小屋和A（充满二氧化碳气体）小屋靠近，一起放在黑色纸板上，把800W的取暖器放在小屋前，与A、B小屋等距12cm。接通取暖器电源，观察并记录两间小屋温度变化情况，测定时间为16分钟，每隔2分钟记录一次温度，将结果填入表1。
（4）实验结果分析
表中记录的实验结果显示：充满二氧化碳气体小屋的温度上升较快，充满空气小屋的温度上升较慢。同一时刻，二氧化碳气体小屋的温度明显高于空气小屋的温度。
原因分析：当热辐射到达小屋后面的黑纸板时，又产生长波辐射逆辐射返回到小屋中。由于二氧化碳气体吸收长波辐射的能力比空气吸收长波辐射的能力强。因此，二氧化碳气体小屋温度明显升高。
对于地球表面而言，大气中二氧化碳增多，强烈地吸收地面长波辐射，同时向地面辐射更长的长波辐射，结果形成一种无形的“保温罩”，使太阳辐射到地球上的热量较难向外层空间发散，以致地球表面温度升高。因此，二氧化碳被称为保温气体，它是造成“温室效应”的主要气体之一。
5.问题讨论
（1）温室气体还有哪些？
（2）人类的哪些活动造成大气温室气体增多？
（3）怎样才能减少大气中的温室气体，从而减缓地球的温室效应？
6.后续活动
250mL的三角烧瓶2个，热敏温度计2支，100W的射灯，黑纸板，胶塞，用甲烷作被测气体。制成简易的实验装置（图3）。
学生自行实验测试、记录温度变化情况并分析实验结果。
制取甲烷反应式：
作者介绍：作者单位：杨朝珍，广东深圳市南山实验学校； 张南荣，广东深圳市南头中学，518052