初中教材中的“哈气实验”错了吗？

教材分析

初中教材中的“哈气实验”错了吗？

伍强

（湖北省天门中学 湖北天门 431700）

摘要教材中的“哈气实验”由于涉及了较多的变量，让人在理解该实验时产生了困惑。对人体吸入气与哈出气进行了分类，并对气体组成进行了探讨。讨论了该实验的物理学原理，评价了实验所涉及的研究方法，指出从控制变量的角度来理解该实验，能使看似复杂的问题变得迎刃而解。

关键词哈气实验 树状分类法 凝露现象 控制变量法

近期，在湖北武汉举行的某省级实验教学研讨活动中，有位教师对初中化学教材中的“哈气实验”提出了质疑。

教材认为，取两块干燥的玻璃片，对着其中一块哈气，如图1所示，发现哈气的玻璃上凝结了一层水雾，对比两块玻璃片上的现象，即可判断人体吸入气中的水蒸气浓度比哈出气中的要小[1]。

但该教师指出：把冷藏后的玻璃片放在空气中，玻璃片表面立即出现水雾。同理，教材实验中，温度较高的哈出气遇上温度较低的玻璃片后，也会产生水雾现象。由于气体温度下降后，会导致水雾现象的出现，因此，不能仅凭实验现象就认为哈出气中水蒸气浓度比吸入气中的大。

该教师的说法似乎很有道理，那么，教材实验真的错了吗？为了弄清这一问题，需要对该实验进行进一步的探讨。

1 对吸入气与哈出气的分析

为了便于理解该实验，首先对空气进行分类，得到如图2所示的树状分类图。按空气中是否含有水蒸气，可将空气分为干空气和湿空气；将湿空气按是否饱和分为不饱和湿空气、饱和湿空气以及过饱和湿空气。

教材实验所涉及的吸入空气属于湿空气，因为进行该实验时，实验者所处的环境是一个敞开的环境，是与整个大气相通的。在大多数情况下，大气属于不饱和湿空气，例如，用湿毛巾在一块玻璃上擦一下，会在玻璃表面形成一层水膜，但很快，水膜就消失了，因为玻璃上的液态水会迅速转变为水蒸气并扩散到大气中去。当然也不排除在少数情况下大气会变成饱和湿空气，例如，在梅雨天，洗好的湿衣服是难以彻底晾干的。

2 教材实验的物理学原理

由图3可知，通常情况下，温度越高，水蒸气的饱和蒸气压越大，此时，即使含较多水蒸气，空气也不一定达到饱和。反之，温度越低，水蒸气的饱和蒸气压越小，此时，即使只含有少量水蒸气，空气也有可能达到饱和。

温度较高的湿空气，接触到温度较低的固体后，气温会迅速下降，成为过饱和湿空气，接下来，过饱和湿空气中的水蒸气会在固体表面凝结为露珠，这一过程被称为凝露[3]。凝露现象是生活中的常见现象，例如，夏天从冰箱中取出一瓶冰冻的饮料，瓶壁会立即布满细小的水珠。

假设在进行教材实验时，大气温度为25℃，则可将人体吸入气当成温度为25℃的不饱和湿空气。由于实验过程中使用的玻璃长期放置在空气中，温度与气温相同，也为25℃。25℃的不饱和湿空气接触到25℃的玻璃时，气温没有发生变化，因此不会在玻璃表面凝结成露珠。

而当哈出气遇上玻璃时，相当于37℃的饱和湿空气遇上25℃的固体，该饱和湿空气的温度会迅速降到25℃左右，此时，水蒸气过饱和，会在固体表面形成露珠。

综上所述，可以得出这样一个结论：在25℃时，吸入气不能在玻璃片上凝结，为不饱和湿空气；哈出气可以在玻璃片上凝结，为过饱和湿空气。因此，哈出气中的水蒸气浓度大于吸入气中的水蒸气浓度。

3 对教材实验的评价

教材实验是一个简单的对比实验，在实验过程中用到了控制变量法。本实验的自变量为气体中水蒸气的浓度，因变量为实验现象（是否产生凝露现象），其它条件为无关变量，需要进行控制。

教材实验采用了两块完全相同的玻璃片，玻璃片的温度均等于大气温度。当气体从口中哈出后会迅速与周围的空气发生热交换，遇上玻璃片后，进一步与玻璃进行热交换，温度迅速下降，由于哈出气质量远小于玻璃质量，其传导到玻璃表面的热量较少，玻璃表面的温度几乎不变，因此，可以认为，当实验现象出现时，哈出气的温度已经下降到与大气温度相等的程度。通过控制了温度这一无关变量后，就可以讨论水蒸气浓度与实验现象的关系。

4 结语

教材实验之所以让人产生疑问，是因为该实验涉及的两个研究对象的浓度、初始温度均不同，而且实验过程中的温度变化也不同，这看起来是一个非常复杂的问题。但是从控制变量的角度来理解该实验，就会发现，实验过程中，气体温度的变化恰好可以控制温度这一变量。因此，教材中的“哈气实验”不但没有科学性错误，而且还能让学生体会到控制变量法在科学研究中的重要作用。

参 考 献

[1] 王晶, 郑长龙.化学九年级上册.北京:人民教育出版社，2012: 15

[2] 傅献彩，沈 霞，姚天扬等.物理化学上册.第五版.北京:高等教育出版社，2005: 281

[3] 李颖，杨喜存，单军勇.装备环境工程，2013，10（5）：112-115

湖北省天门中学，伍强

35552082@qq.com

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