巧用洗气装置探究人体吸入空气和呼出气体的差异

江苏省南通市虹桥二中(226006) 葛德新

对人体吸入空气和呼出气体的探究是人教版化学教材9年级第1单元课题2的第2个探究实验，是学生第一次学习用控制变量的方法来设计化学实验，对今后化学学习起着很好的引领作用。但其中用于比较两种气体中氧气含量的实验在操作时存在一些不确定的因素，实践证明，燃着的木条有时火焰较大，在敞口的集气瓶内往往较难熄灭，而蜡烛火焰大小容易控制且比较稳定，用来代替木条效果极佳；另外，由于呼出气体中二氧化碳含量是空气中的100多倍，二氧化碳本身也能使燃着的木条熄灭，对氧气含量的比较有干扰作用，不少学生在复习期间往往会错误地认为，用燃着的木条分别伸入装有吸入空气和呼出气体的2个集气瓶内是用来比较二氧化碳含量的。因此，从控制变量的角度来理解，若用燃着的木条或蜡烛来比较两种气体中氧气含量，应先除去两瓶气体中的二氧化碳再来比较，才更科学、严谨。此外，将等量的两种气体分别通入等量的澄清石灰水中来比较二氧化碳含量，避免了用排水法收集呼出气体时，部分二氧化碳溶于水的可能，从而与后续学习实验室收集二氧化碳不能用排水法收集产生冲突，也是对课本控制变量设计实验的一个很好补充。用洗气装置和单向阀门巧妙结合，则能很好地解决以上难题，还能更科学地比较两种气体中水蒸气的含量。

1 实验用品

吸滤瓶2个、单向阀3个、T型管、胶皮管、具支试管(配单孔橡皮塞)、导管、自制对比装置(蜡烛2支并固定于木板上)、浓氢氧化钠溶液、澄清石灰水。

2 实验过程

探究实验1：比较人体吸入空气与呼出气体中氧气的含量。

如图1所示，先吸气，让空气由左端导管口通入左洗气瓶内，由Y型管左侧进入人体呼吸系统，再呼气，呼出气体由Y型管右侧进入右洗气瓶内，由于两瓶内均装有浓氢氧化钠溶液，故经过几次等时间、等力度的吸气和呼气后，左右两洗气瓶内分别充满不含二氧化碳的空气和呼出气体。

如图2所示，点燃自制装置上的两支蜡烛，调节火焰使大小基本一致，先取下两个洗气瓶的瓶塞，再将两支蜡烛同时伸入洗气瓶内，可见在呼出气体瓶内的蜡烛最先熄灭，而在吸入空气瓶内的蜡烛后熄灭，充分说明呼出气体中的氧气含量要比空气中的低。

探究实验2：比较人体吸入空气与呼出气体中二氧化碳的含量。

如图3所示，两个洗气瓶内分别装用等量的澄清石灰水，先吸气，让空气进入左瓶内，再呼气，呼出气体进入右瓶，经过两次等时间、等力度的吸气和呼气后，可见左瓶内的石灰水基本没有什么变化，而右瓶内的石灰水明显变浑浊了，充分说明呼出气体中二氧化碳含量要比空气中的高。

探究实验3：比较人体吸入空气与呼出气体中水蒸气的含量。

如图4所示，先通过锥形瓶的支管吸气8 s，让空气流通过长导管进入具支锥形瓶，可见瓶内无明显变化，再通过长导管呼气8 s，呼出的气体进入具支锥形瓶，可见瓶壁上出现许多明显的水雾，充分说明呼出气体中水蒸气含量要比空气中的高。

若在具支锥形瓶内先装入少量的澄清石灰水(见图5)，长导管上连接1个单向阀(以防吸入石灰水)，重复以上操作，可见吸气后，空气进入石灰水中，但石灰水没有明显变化，而呼气后，石灰水明显变浑浊，也说明呼出气体中二氧化碳含量要比空气中的高。

3 实验评价

(1)比较氧气含量的创新实验，用燃着的蜡烛代替木条，火焰稳定且能做到大小基本一致，实验效果明显，在除去二氧化碳气体后比较氧气含量，更加科学、严谨。

(2)比较二氧化碳含量的创新实验，不用事先收集吸入空气和呼出气体，在等量的澄清石灰水中分别通入等量的两种气体来比较二氧化碳含量，操作简单，用时短，对比明显。

(3)比较水蒸气含量的创新实验，让吸入空气和呼出气体均以气流的形式与瓶壁接触，控制变量更科学，易于学生操作，效果明显。