數字化實驗在初中化學實驗教學中的應用實例兩則

石云

摘要：飽和石灰水的濃度太低，吸收CO：的能力很有限，而燒堿溶解度很大，其濃溶液能充分吸收CO₂，用數字化實驗能定量、直觀進行對比實驗，學生參與度高。由于人體呼出氣體中氧氣含量比吸入空氣中氧氣的含量往往只減少20%，當向瓶內伸入燃著的木條時，木條持續燃燒的時間差異不大，效果不理想，借助數字化實驗來進行探究，能定量比較出兩種氣體中二氧化碳、氧氣及水蒸氣含量。

關鍵詞：飽和石灰水；濃燒堿溶液；呼出氣體；吸入空氣；傳感器

文章編號：1008-0546（2017）11—0096—02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.033

一、用數字化實驗探究石灰水與濃燒堿溶液吸收CO₂的能力

1.研究背景

在初中化學實驗教學中，不少教師認為可以用石灰水來吸收CO₂，但最好是用燒堿溶液來吸收，進一步研究發現，飽和石灰水的濃度太低，單位體積內的OH^-數目很小，故吸收CO₂的能力很有限，理論計算，50mL飽和石灰水完全吸收CO₂也就是25mL，而燒堿的溶解度很大，其濃溶液單位體積內的OH^-數目很大，故能充分吸收CO₂。而用現今最流行、實用的數字化實驗來探究石灰水與濃燒堿溶液吸收CO₂的能力，則能從量的角度直觀地比較出兩者吸收CO₂能力的不同。

2.儀器、藥品

數字化信息系統（含壓強傳感器、筆記本電腦等）、具支細口瓶（1L）、Y型管（1個）、止氣夾（3個）、膠皮管、醫用細塑料管、濃燒堿溶液（50mL）、飽和石灰水（50mL）。

3.實驗裝置圖

4.實驗步驟

（1）如圖1，連接好儀器，關閉止氣夾K₁、K₂，打開止氣夾K₃；

（2）打開數字化信息系統操作界面，先點擊“波形圖”，再點擊“開始”，此時壓強傳感器測試到的是瓶內正常CO₂的壓強；

（3）打開止氣夾K₁，向瓶內注入50mL飽和石灰水，完畢再略微振蕩細口瓶，觀察波形圖；

（4）待曲線平穩后打開止氣夾K₂，向瓶內注入50mL濃燒堿溶液，完畢關閉止氣夾K₃，略微振蕩細口瓶，一段時間后再充分振蕩細口瓶，觀察波形圖。

5.實驗結果

6.實驗分析

（1）圖2中，壓強起始值為101kPa，曲線起點至a點反映的是瓶內原始氣壓，a點至b點曲線上升，是由于加入石灰水對瓶內氣體形成擠壓，b點至c點，曲線下滑，是由于石灰水吸收了少部分CO₂，c點高于a點，說明吸收的氣體體積小于石灰水的體積，c點至d曲線又上升，是由于加入了濃燒堿溶液，d點至e點，曲線下滑幅度很大，是由于濃燒堿溶液正快速吸收瓶內CO₂。

（2）圖3中，f點至g點，曲線又進一步下滑，最終至28kPa，是由于充分振蕩細口瓶，導致濃燒堿溶液又充分吸收了瓶內殘余的CO₂。

（3）實驗說明，飽和石灰水吸收CO₂的能力很弱，而等量的濃燒堿溶液能充分、大量地吸收CO₂。

二、用數字化實驗探究人體吸入空氣與呼出氣體的差異

1.研究背景

“人體吸入空氣與呼出氣體的差異”探究實驗，是初中學生學習化學后最先接觸到的探究性實驗，廣大教師相對比較重視，但南于人體呼出氣體中氧氣含量只比吸入空氣中氧氣含量少20%，兩者相差并不太大，實際操作往往要受到多種因素的影響，如木條伸入的速度、傾斜程度、瓶內深度等，當向瓶內伸入燃著的木條時，木條持續燃燒的時間長短差異不太大，效果不理想，如果能在完成課本實驗的基礎上，借助數字化實驗來探究人體吸入空氣與呼出氣體的差異，則能定量比較出其中二氧化碳、氧氣及水蒸氣含量的差異，加深學生的理解。

2.儀器、藥品

數字化信息系統（含氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、濕度傳感器、筆記本電腦等）、塑料瓶（5L，一側裝有進氣管，另一側打孔便于插入二氧化碳傳感器、濕度傳感器，氧氣傳感器由瓶口插入）、膠皮管。

3.實驗裝置圖

4.實驗步驟

（1）如圖，連接好儀器及各種數據線，打開二氧化碳傳感器開關；

（2）打開數字化信息系統操作界面，在三個通道界面中分別先點擊“波形圖”，再點擊“開始”，此時傳感器測試到的是瓶內正常空氣中氧氣、二氧化碳、水蒸氣含量；

（3）通過膠皮管向塑料瓶內呼出氣體，瓶內氣體從三個傳感器插入口的縫隙中排出，瓶內氣體得到交換，觀察波形圖；

（4）分別在三個通道界面中點擊“保存圖像”。

5.實驗結果

6.實驗分析

（1）圖5反映的是氧氣含量的波形圖，實際初始值為19.1%，呼出氣體后，曲線緩慢下降，最終穩定在16.5%，說明氧氣含量減小了，且減少幅度不大；

（2）圖6反映的是二氧化碳含量的波形圖，實際初始值為575ppm，呼出氣體后，曲線快速上升，最終穩定在45100ppm，說明二氧化碳含量快速上升，且上升幅度相當大，大約擴大了80倍；

（3）圖7反映的是水蒸氣含量的波形圖，實際初始值為42.5%，呼出氣體后，曲線上升較快，最終穩定在98.5%，說明水蒸氣含量上升較快，且上升幅度較大，大約擴大了2倍多。endprint