二氧化碳与温室效应关系的受控对比实验

    一、前言

    有一天晚上，我在转台收看电视节目时，无意中看到一篇报道：“科学家预测：如果地球表面温度的升高按现在的速度继续发展，到2050年全球温度将上升2~4摄氏度，南北极地冰山将大幅度融化，导致海平面大大上升，一些岛屿国家和沿海城市将淹于水中，其中包括几个著名的国际大城市：纽约，上海，东京和悉尼……”这引起了我的思考，为什么全球会变暖？温度的升高与什么因素有关呢？人们经常提到的“温室效应”是怎么回事？我们能做些什么？于是，我便组织了几位同学成立化学兴趣小组，通过设计受控对比实验对导致气体温度升高的因素进行探究。

    二、实验目的

    通过设计简易的受控实验证明，二氧化碳会产生温室效应，以此加深对二氧化碳的了解，加深对二氧化碳引起的环境问题的了解。

    三、实验方法

    （一）实验原理

    大气中的二氧化碳等气体具有与玻璃相似的作用，让阳光到达地球，阻碍热量从地球表面散出去，从而维持了地球表面的气温，这种效应，就如同温室的作用一样，因此被称作为“温室效应”。

    （二）实验变量

    1.自变量：空气中的CO2的含量。

    2.因变量：气体的温度。

    （三）实验仪器、药品

    方法一

    矿泉水瓶2个、带温度计的胶塞两个、二氧化碳制备装置一套、热水。

    方法二

    1个100瓦的灯泡、温度计、锥形瓶（带双头胶塞、针筒、黑色纸片）及制取CO2的实验用品和装置。

    （四）实验时间

    4周。

    （五）实验步骤

    方法一

    1.用矿泉水瓶收集一瓶二氧化碳，一瓶空气；

    2.用热水使两支温度计升温至相同的温度；

    3.把带这两支温度计的胶塞塞紧两个矿泉水瓶；

    4.观察温度计温度变化情况。

    方法二

    1.用注射器向瓶内充气，使瓶内CO2的含量分别为10%、20%、30%……直到100%；

    2.用带温度计的胶塞塞紧玻璃瓶；

    3.把玻璃瓶放到100W的电灯下照射；在瓶后放一片黑色纸，每隔1分钟记录一次（初温要相同），共记5分钟内的读数。

    4.20天（气温变冷）后再重复此实验。

    （六）实验现象

    方法一

                  气体

温度

    1.（2005年10月16日）

时间      温度

时间

温度

    通过实验，我们了解到：插在二氧化碳瓶中的温度计降温比插在空气瓶中的慢；二氧化碳瓶中的温度大约高出0.5~2℃左右；瓶内气体温度的升高与气体中CO2的含量有直接的关系，当其他条件相同时，气体中CO2的含量越高，气温越高，而且气体中CO2的含量越高，温度升高的幅度越大。由此可推测：作为“温室气体”的二氧化碳在大气层中的含量，将直接影响着全球的气温，这就是说二氧化碳气体的含量上升与下降直接影响着全球气温的上升与下降，二氧化碳可以导致温室效应。

  五、对实验结论的分析与建议

    （一）分析

    1.在方法二的实验中，黑色纸的作用是吸收可见光，这是引起温室效应气体变暖的要素；

    2.辐射是温室效应的起因之一，本简易实验只是粗略地试验温室效应；

    3.以同样的方法可用含氯氟烃（CF2Cl2）、甲烷演示温室效应。

    通过查阅资料我们还获得以下跟“温室效应”有关的信息：

    （1）温室有两个特点：温度较室外高，不散热。生活中我们可以见到玻璃育花房和蔬菜大棚就是温室。使用玻璃或塑料薄膜来做温室，是让太阳光能够直接照射进温室，加热室内空气，而玻璃或透明塑料薄膜又可以不让室内的热空气向外散发，室内的温度保护高于外界的状态，以提供有利于植物快速生长的条件。

    （2）二氧化碳等气体不吸收来自太阳的短波辐射，（如可见光、紫外线等）让这些辐射来到地面，使地面升温。同时，地面以长波形式辐射向外散热，而这些气体又吸收大部分长波辐射，只让少部分热辐射散失到宇宙中去，这叫温室效应。产生温室效应的气体：二氧化碳、臭氧、甲烷、氯氟烃、氧化二氮等，这些气体被称作“温室气体”。在温室里，玻璃能让阳光进入室内，但它却吸收了一定比率的热辐射，并阻挡这些进入室内的热辐射返回空间，这样，不需要任何形式的加热补偿，温室内白天的温度就能比室外气温高出许多。

    （3）二氧化碳增加的原因：一是工业发达，燃烧矿物燃料增加；二是世界范围森林面积减少。

    （4）由环境污染引起的温室效应是指地球表面变热的现象。它会带来很多严重恶果，概括起来有以下几种：使地球上的病虫害增加，影响生物多样性；两极冰山溶化，海平面上升；气候反常，海洋风暴增多；土地干旱，沙漠面积增大；对人类健康有不良影响等。

    我们不难发现，作为“温室气体”的二氧化碳在大气层中的含量，将直接影响着全球的气温，这就是说二氧化碳气体的数量上升与下降直接影响着全球气温的上升与下降。据估计，如果从大气中去除二氧化碳的话，那么地球的年平均气温将下降3.2℃，那样，地球就成了一个没有生命的冰封世界。反之，如果大气层中二氧化碳等“温室气体”的含量上升，那么，温室效应将加剧，地球的年平均气温将上升，地球将会变暖。令人担忧的是，“温室气体”的含量确实在上升，而且上升得越来越快。

    （二）建议

    人类活动正导致全球气温不断升高，已成为全球接受的现实。因此，削减温室效应，防止全球变暖的有效办法是减少温室气体的排放量。以下三点是我们可以也是应该做到的：

    （1）提高能源的利用率，减少化石燃料的使用，积极开发太阳能、风能、潮汐能、水能等清洁能源，减少CO2的排放是减缓温室效应的重要保证；

    （2）大力开展植树造林，靠大自然净化和调节能力降低二氧化碳的含量。植物是环境中二氧化碳和氧气的主要调节器，它能吸收二氧化碳，放出氧气，维持大气中二氧化碳和氧气的平衡，因此保护森林、造林绿化是减缓温室效应的重要措施；

    （3）积极参与国际社会控制温室气体排放的行动和参与《气候变化框架公约》，履行中国的承诺。

    六、活动回顾

    虽然我们的化学兴趣小组进行了差不多一个月的活动探究，一个月的时间既不算长，也不算短，但我们感觉是像流星一样飞掠而过，在这段时间内，我们通过老师的讲解、查找阅读资料和亲身实践，学会了许多以前没有学过的化学知识，如：CO2是影响温室效应的重要气体之一；保护森林、造林绿化是减缓温室效应的重要措施等。在这次实验中，我们学会了怎样去去解决问题；在调查活动中，我们面临了很多挑战，阻挡着我们前进的步伐，紧张的初三生活，接二连三的学科赛事，期中考的挫折，优生竞赛的来临，包括一些同学和老师对活动的不支持和不理解，都压得我们透不过气，但是，我们每个成员都丝毫没有想过放弃的念头，正因为接受了这风雨的洗礼，一颗璀璨的结晶在我们一点一滴的汗水中诞生。现在活动已经结束了，回想这个过程，同学们同心协力，团结一致，配合行动，使我们感到无论是学习还是探究活动，同学之间要互相鼓励和帮助，这是一种精神的鼓舞，只有亲身体验，才会有这个感觉，而我们组的成员就有这种体会了。

    （作者学校：花都区北兴初级中学指导老师：温利广）

        点评：花都区北兴初级中学化学兴趣小组A组的同学，由观看电视节目触动灵感、发现问题、引起兴趣，到成立研究小组开展“二氧化碳与温室效应关系的受控对比实验”探究并得到正确的结论，整个过程明显地反映出：发现——思考——实验探究——获得结论等几个基本的科学探究过程，而且他们的实验探究具有明确的实验目的、科学的实验原理和切实可行的实验方法设计，再看他们在实验探究的过程中，那一丝不苟的实验操作、认真细致的实验观察、数据记录和分析，还有专心致志、全程投入和坚忍不拔的态度，团结一致、同心协力和互相鼓励的精神，活脱脱的就像一群小科学家。他们在“二氧化碳与温室效应关系的受控对比实验”成功的经历说明，化学就在我们身边，科学实验并不神秘，我们也能做得到。只要我们努力学习、善于观察、勤于思考，敢于质疑，我们就会发现在自己的日常生活中，有很多值得我们去关注、思考、探索和研究的化学问题。同学们，花都区北兴初级中学化学兴趣小组A组的同学已为我们做出了一个成功的范例，让我们共同努力，积极投入到“我与化学”活动中去，在实践中学习，在实践中锻炼、提高自己。

不过，别怪老师给小科学家们提个醒，在实践活动中，获得老师的指导和支持，学会合理安排学习和实践活动的时间是很重要的哟。（梁满灼）