测定O2溶解水中的体积

魏喜武（安徽省宣城中学　安徽宣城　242000）



测定O2溶解水中的体积

魏喜武
（安徽省宣城中学安徽宣城242000）

摘要：用加热高锰酸钾的方法制取一瓶250mL的氧气，并向瓶中注入150mL冷开水。用两端开口穿过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。不断摇晃瓶，玻璃管中的水面就会下降，用注射器向瓶内灌注大气，使玻璃管水位恢复原来位置，这样就可以测出冷开水溶解氧气的体积。

关键词：氧气；溶解；体积；实验

在室温下，O2不易溶于水，1L水只能溶解约30mLO2。而学生的前科学概念往往认为，致密无间的水不易掺和其他物质，不应该有O2。因此，用实验让学生亲眼见到O2与CO2溶于水中，对于学生建立起科学概念就显得非常重要。

按图1所示装置好实验器材，用加热高锰酸钾的方法制取O2。点燃酒精灯，来回均匀加热试管后，再向试管中高锰酸钾处集中加热。当试管口有连续均匀的气泡冒出时，把导管伸进装满水的集气瓶（250mL）中，待集气瓶中的水完全排完后，在水下面用玻璃板盖住集气瓶口，并小心地移至桌面，这样就收集到了一瓶O2。这一过程的化学反应方程式为然后把导管移至水面，熄灭酒精灯，拆去实验装置。

图1

打开集气瓶的玻璃盖（尽量减小瓶中氧气与大气连通部分），用量筒向集气瓶内倒入150mL冷开水，并迅速把穿有两段开口的玻璃管橡皮塞盖紧集气瓶口，其中伸入集气瓶内的玻璃管开口处要浸入冷开水中，使集气瓶中的氧气不能外漏（可检查装置的气密性）。再用注射器向集气瓶外的玻璃管开口处注水，使玻璃管中的水面上升到某点A处，并用色笔打上记号，如图2所示。

手拿集气瓶，在水平面上不停地摇晃几十次，使冷开水与氧气充分接触，然后把集气瓶放回水平的桌面，当玻璃管的水柱液面静止时，发现玻璃管水柱从A点下降到B点。设大气压强为p0，集气瓶中氧气的压强为p，玻璃管液面距冷开水液面的高度为h，就有p=ρ水gh+p0上式中，大气压强p0为定值，当玻璃管中液面距冷开水液面的高度为h减小时，集气瓶中氧气的压强为p也必定减小，从而说明有一小部分氧气溶于水中。

图2

进一步讨论还可以发现，在不考虑由于玻璃管液柱下降引起集气瓶中氧气微小压强变化时，可以认为，氧气溶解水中的体积就等于玻璃管中AB段水柱的体积。若另配一个注射器（最小体积分度值为1mL）就可以测定氧气溶解水的体积。

测定时，首先拉动注射器活塞，吸进6mL空气，并记下这个值（称为V1）；保持活塞在针管的位置不变，用针头戳穿橡皮塞，使针管内空气与集气瓶内氧气连通后，再用力推动活塞。在推动活塞的过程中，注意观察玻璃管中液柱的高度变化，当液柱上升到A点时，停止推动活塞，并记下针管内空气的体积V2。显然，注射器排出空气的体积也就等于氧气溶解水中的体积，若设为V，V =V1-V2实验中测得V2=1.6mL，表明1500mL水能溶解4.4mLO2，这与教材中“1L水只能溶解约30mLO2”的结果基本相符。

本实验采用了“转化”与“放大”的

方法，把无色气体的体积变化转化为可视的液柱的变化，把气体的微小体积变化放大为明显的可以观察到的液柱伸缩的变化，符合新课程的“三维目标”的教学要求。

本实验装置，经过简单改造，还可以成为测定气体溶解水中体积的专业仪器，实验更为方便。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水柱的长度除以10，就可以得到1mL水在玻璃管的长度。以这一长度为基准，就可以在玻璃管上标上对应的体积数。这样，在实验中通过读出玻璃管中水柱下降的体积数，就可以直接得出气体在某一体积水中溶解的体积。

参考文献

［1］陈学东等.压强传感器在CO2性质和制法中的应用［J］.实验教学与仪器，2015，（10）：30

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.035

文章编号：1008-0546（2016）03-0095-01

中图分类号：G632.41

文献标识码：B