氧傳感器在高中化學實驗中的應用

周良駿

（南京一中　江蘇南京　210001)

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氧傳感器在高中化學實驗中的應用

周良駿

（南京一中江蘇南京210001)

摘要：在高中化學實驗中利用傳感器靈敏、高效的特點，發揮其在線測量的優勢，可以完成一些傳統方法難以實現的實驗，作者利用氧傳感器完成了幾個實驗，并對此加以說明，希望開發出更多更好的中學數字化實驗。

關鍵詞：氧傳感器；數字化實驗

氧傳感器，簡單的說，是一種特殊的原電池，利用電極在不同的氧氣濃度中產生微弱的電動勢，通過專用的電路，將電信號轉換成數字信號，用以指示出氧氣的濃度。根據使用的場合和功用的不同，又可分為溶解氧傳感器、微量氧傳感器、常量氧傳感器等。筆者在高中化學實驗中嘗試使用氧傳感器，現將使用心得體會整理如下。

案例一：溶解氧傳感器測定溶液中的溶解氧

實驗目的：找到氧化Fe（OH)2的原因

在研究如何制備并保存Fe（OH）2的問題上，首先要搞清楚Fe（OH）2是如何被氧化的。宏觀上看，Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3，是氧氣的作用。為了實現保存Fe（OH）2的目的，我們嘗試使用了鐵粉、亞硫酸鈉、維生素C等還原劑，但實驗中并不能體現出它們的作用，也就是說Fe（OH）2在有上述還原劑的情況下，依然被氧化。這個實驗現象實在令人費解。為了帶領學生弄清楚是什么原因，我們懷疑是溶液中的少量溶解氧使然。可是溶解氧到底有多少，是不是因此而氧化Fe（OH）2的呢？我們必須要有個手段來監測溶解氧的變化。這就使我想到了溶解氧傳感器。利用溶解氧傳感器可以輕而易舉地測定Fe（OH）2懸濁液中的溶解氧變化。純水中的溶解氧大約15mg/L，新制Fe（OH）2懸濁液的溶解氧為6～7mg/L。如果連續測定Fe（OH）2懸濁液的溶解氧，發現其數值不斷減小，直至0.0mg/L。而含有的亞硫酸鈉、維生素C等還原劑的溶液中，溶解氧都大于5mg/L，所以問題的實質也就揭示得很清楚了——溶解氧將Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3。

案例二：常量氧傳感器和溫度計聯合使用

實驗目的：探究暖寶寶的發熱原理

暖寶寶的成分中有鐵粉、碳粉、氯化鈉、水等。當我們打開包裝，揭下保護薄膜時，這些成分就暴露在空氣中，空氣中的氧氣參與了暖寶寶的發熱過程。是不是氧氣真的有參與呢？我們需要跟蹤測定它在密閉條件下發熱的過程。我們用一個三頸燒瓶，將暖寶寶的成分倒入其中，同時用常量氧傳感器和溫度計分別測定氧氣含量和溫度的變化。結果發現，隨著時間推移，溫度升高的同時，氧氣含量卻在減少，這說明暖寶寶的發熱需要消耗氧氣。慢慢地將實驗引導至鐵的電化學腐蝕原理上。

案例三：常量氧傳感器和二氧化碳傳感器

實驗目的：研究過氧化鈉與二氧化碳的反應

為了模擬含有過氧化鈉的空氣面罩，把過氧化鈉裝入一個氣球皮中，并將氣球皮固定于三頸燒瓶的一個入口，用氧傳感器和二氧化碳傳感器來測定空氣中的氧氣和二氧化碳的濃度變化。向燒瓶內經干燥管吹入一口呼出的氣體，此時二氧化碳濃度大幅升高，從計算機中讀出的數據顯示，CO2從450ppm增加到12000ppm，同時氧氣從20.8％下降到18.9％，若用雙坐標顯示圖像則可以觀察到過程性的變化，非常直觀。此時將裝有過氧化鈉的氣球皮直立，將過氧化鈉落入燒瓶底部，觀察CO2和O2的變化。此時，這兩條線再次反轉。CO2開始下降，O2上升，經過約5min后，CO2顯示為0，幾乎測不到。

從以上三個例子可以看出，氧傳感器可以在線測量實驗過程中氧氣的變化，從ppm級到百分比，測量的精度和穩定性都非常好，滿足了我們的日常實驗要求。如果同時配合溫度傳感器、二氧化碳傳感器或者其他的傳感器，還可以通過實驗揭示幾個變化量之間的關系。筆者曾嘗試在案例三中計算CO2和O2的定量變化關系。理論上是CO2下降2000ppm（0.2％），O2應該上升0.1％，實測CO2下降3400ppm時，O2上升0.1％。估計是因為三頸燒瓶中的空氣不夠干燥造成

和硝酸鉀飽和溶液中，觀察杠桿是否平衡。如若探究溫度影響，我們可以把硝酸鉀小布袋浸入等質量不等溫的水中，觀察杠桿是否平衡，以此分析得出結論。利用杠桿改進的其它的實驗在這里我就不再一一詳細敘述，希望能起到拋磚引玉的效果。

參考文獻

［1］中華人們共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版)［M］.北京：北京師范大學出版社，2012

［2］周廣.化學實驗改進要恰到好處［J］.化學教與學，2015，（12)：91

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.037

文章編號：1008-0546（2016）04-0097-01

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B