測定O2溶解水中的體積

魏喜武（安徽省宣城中學　安徽宣城　242000）

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測定O2溶解水中的體積

魏喜武
（安徽省宣城中學安徽宣城242000）

摘要：用加熱高錳酸鉀的方法制取一瓶250mL的氧氣，并向瓶中注入150mL冷開水。用兩端開口穿過橡皮塞的瓶塞封住瓶口，再向瓶外的玻璃管管口加水至某一高度。不斷搖晃瓶，玻璃管中的水面就會下降，用注射器向瓶內灌注大氣，使玻璃管水位恢復原來位置，這樣就可以測出冷開水溶解氧氣的體積。

關鍵詞：氧氣；溶解；體積；實驗

在室溫下，O2不易溶于水，1L水只能溶解約30mLO2。而學生的前科學概念往往認為，致密無間的水不易摻和其他物質，不應該有O2。因此，用實驗讓學生親眼見到O2與CO2溶于水中，對于學生建立起科學概念就顯得非常重要。

按圖1所示裝置好實驗器材，用加熱高錳酸鉀的方法制取O2。點燃酒精燈，來回均勻加熱試管后，再向試管中高錳酸鉀處集中加熱。當試管口有連續均勻的氣泡冒出時，把導管伸進裝滿水的集氣瓶（250mL）中，待集氣瓶中的水完全排完后，在水下面用玻璃板蓋住集氣瓶口，并小心地移至桌面，這樣就收集到了一瓶O2。這一過程的化學反應方程式為然后把導管移至水面，熄滅酒精燈，拆去實驗裝置。

圖1

打開集氣瓶的玻璃蓋（盡量減小瓶中氧氣與大氣連通部分），用量筒向集氣瓶內倒入150mL冷開水，并迅速把穿有兩段開口的玻璃管橡皮塞蓋緊集氣瓶口，其中伸入集氣瓶內的玻璃管開口處要浸入冷開水中，使集氣瓶中的氧氣不能外漏（可檢查裝置的氣密性）。再用注射器向集氣瓶外的玻璃管開口處注水，使玻璃管中的水面上升到某點A處，并用色筆打上記號，如圖2所示。

手拿集氣瓶，在水平面上不停地搖晃幾十次，使冷開水與氧氣充分接觸，然后把集氣瓶放回水平的桌面，當玻璃管的水柱液面靜止時，發現玻璃管水柱從A點下降到B點。設大氣壓強為p0，集氣瓶中氧氣的壓強為p，玻璃管液面距冷開水液面的高度為h，就有p=ρ水gh+p0上式中，大氣壓強p0為定值，當玻璃管中液面距冷開水液面的高度為h減小時，集氣瓶中氧氣的壓強為p也必定減小，從而說明有一小部分氧氣溶于水中。

圖2

進一步討論還可以發現，在不考慮由于玻璃管液柱下降引起集氣瓶中氧氣微小壓強變化時，可以認為，氧氣溶解水中的體積就等于玻璃管中AB段水柱的體積。若另配一個注射器（最小體積分度值為1mL）就可以測定氧氣溶解水的體積。

測定時，首先拉動注射器活塞，吸進6mL空氣，并記下這個值（稱為V1）；保持活塞在針管的位置不變，用針頭戳穿橡皮塞，使針管內空氣與集氣瓶內氧氣連通后，再用力推動活塞。在推動活塞的過程中，注意觀察玻璃管中液柱的高度變化，當液柱上升到A點時，停止推動活塞，并記下針管內空氣的體積V2。顯然，注射器排出空氣的體積也就等于氧氣溶解水中的體積，若設為V，V =V1-V2實驗中測得V2=1.6mL，表明1500mL水能溶解4.4mLO2，這與教材中“1L水只能溶解約30mLO2”的結果基本相符。

本實驗采用了“轉化”與“放大”的

方法，把無色氣體的體積變化轉化為可視的液柱的變化，把氣體的微小體積變化放大為明顯的可以觀察到的液柱伸縮的變化，符合新課程的“三維目標”的教學要求。

本實驗裝置，經過簡單改造，還可以成為測定氣體溶解水中體積的專業儀器，實驗更為方便。如，把玻璃管的一段堵住，用注射器向玻璃管中注入10mL水，量出10mL水柱的長度除以10，就可以得到1mL水在玻璃管的長度。以這一長度為基準，就可以在玻璃管上標上對應的體積數。這樣，在實驗中通過讀出玻璃管中水柱下降的體積數，就可以直接得出氣體在某一體積水中溶解的體積。

參考文獻

［1］陳學東等.壓強傳感器在CO2性質和制法中的應用［J］.實驗教學與儀器，2015，（10）：30

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.035

文章編號：1008-0546（2016）03-0095-01

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B