数字化实验在初中化学实验教学中的应用实例两则

石云

摘要：饱和石灰水的浓度太低，吸收CO：的能力很有限，而烧碱溶解度很大，其浓溶液能充分吸收CO₂，用数字化实验能定量、直观进行对比实验，学生参与度高。由于人体呼出气体中氧气含量比吸入空气中氧气的含量往往只减少20%，当向瓶内伸入燃着的木条时，木条持续燃烧的时间差异不大，效果不理想，借助数字化实验来进行探究，能定量比较出两种气体中二氧化碳、氧气及水蒸气含量。

关键词：饱和石灰水；浓烧碱溶液；呼出气体；吸入空气；传感器

文章编号：1008-0546（2017）11—0096—02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.033

一、用数字化实验探究石灰水与浓烧碱溶液吸收CO₂的能力

1.研究背景

在初中化学实验教学中，不少教师认为可以用石灰水来吸收CO₂，但最好是用烧碱溶液来吸收，进一步研究发现，饱和石灰水的浓度太低，单位体积内的OH^-数目很小，故吸收CO₂的能力很有限，理论计算，50mL饱和石灰水完全吸收CO₂也就是25mL，而烧碱的溶解度很大，其浓溶液单位体积内的OH^-数目很大，故能充分吸收CO₂。而用现今最流行、实用的数字化实验来探究石灰水与浓烧碱溶液吸收CO₂的能力，则能从量的角度直观地比较出两者吸收CO₂能力的不同。

2.仪器、药品

数字化信息系统（含压强传感器、笔记本电脑等）、具支细口瓶（1L）、Y型管（1个）、止气夹（3个）、胶皮管、医用细塑料管、浓烧碱溶液（50mL）、饱和石灰水（50mL）。

3.实验装置图

4.实验步骤

（1）如图1，连接好仪器，关闭止气夹K₁、K₂，打开止气夹K₃；

（2）打开数字化信息系统操作界面，先点击“波形图”，再点击“开始”，此时压强传感器测试到的是瓶内正常CO₂的压强；

（3）打开止气夹K₁，向瓶内注入50mL饱和石灰水，完毕再略微振荡细口瓶，观察波形图；

（4）待曲线平稳后打开止气夹K₂，向瓶内注入50mL浓烧碱溶液，完毕关闭止气夹K₃，略微振荡细口瓶，一段时间后再充分振荡细口瓶，观察波形图。

5.实验结果

6.实验分析

（1）图2中，压强起始值为101kPa，曲线起点至a点反映的是瓶内原始气压，a点至b点曲线上升，是由于加入石灰水对瓶内气体形成挤压，b点至c点，曲线下滑，是由于石灰水吸收了少部分CO₂，c点高于a点，说明吸收的气体体积小于石灰水的体积，c点至d曲线又上升，是由于加入了浓烧碱溶液，d点至e点，曲线下滑幅度很大，是由于浓烧碱溶液正快速吸收瓶内CO₂。

（2）图3中，f点至g点，曲线又进一步下滑，最终至28kPa，是由于充分振荡细口瓶，导致浓烧碱溶液又充分吸收了瓶内残余的CO₂。

（3）实验说明，饱和石灰水吸收CO₂的能力很弱，而等量的浓烧碱溶液能充分、大量地吸收CO₂。

二、用数字化实验探究人体吸入空气与呼出气体的差异

1.研究背景

“人体吸入空气与呼出气体的差异”探究实验，是初中学生学习化学后最先接触到的探究性实验，广大教师相对比较重视，但南于人体呼出气体中氧气含量只比吸入空气中氧气含量少20%，两者相差并不太大，实际操作往往要受到多种因素的影响，如木条伸入的速度、倾斜程度、瓶内深度等，当向瓶内伸入燃着的木条时，木条持续燃烧的时间长短差异不太大，效果不理想，如果能在完成课本实验的基础上，借助数字化实验来探究人体吸入空气与呼出气体的差异，则能定量比较出其中二氧化碳、氧气及水蒸气含量的差异，加深学生的理解。

2.仪器、药品

数字化信息系统（含氧气传感器、二氧化碳传感器、湿度传感器、笔记本电脑等）、塑料瓶（5L，一侧装有进气管，另一侧打孔便于插入二氧化碳传感器、湿度传感器，氧气传感器由瓶口插入）、胶皮管。

3.实验装置图

4.实验步骤

（1）如图，连接好仪器及各种数据线，打开二氧化碳传感器开关；

（2）打开数字化信息系统操作界面，在三个通道界面中分別先点击“波形图”，再点击“开始”，此时传感器测试到的是瓶内正常空气中氧气、二氧化碳、水蒸气含量；

（3）通过胶皮管向塑料瓶内呼出气体，瓶内气体从三个传感器插入口的缝隙中排出，瓶内气体得到交换，观察波形图；

（4）分别在三个通道界面中点击“保存图像”。

5.实验结果

6.实验分析

（1）图5反映的是氧气含量的波形图，实际初始值为19.1%，呼出气体后，曲线缓慢下降，最终稳定在16.5%，说明氧气含量减小了，且减少幅度不大；

（2）图6反映的是二氧化碳含量的波形图，实际初始值为575ppm，呼出气体后，曲线快速上升，最终稳定在45100ppm，说明二氧化碳含量快速上升，且上升幅度相当大，大约扩大了80倍；

（3）图7反映的是水蒸气含量的波形图，实际初始值为42.5%，呼出气体后，曲线上升较快，最终稳定在98.5%，说明水蒸气含量上升较快，且上升幅度较大，大约扩大了2倍多。endprint