周良駿

（南京一中　江蘇南京　210001)

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氧傳感器在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

周良駿

（南京一中江蘇南京210001)

摘要：在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中利用傳感器靈敏、高效的特點(diǎn)，發(fā)揮其在線(xiàn)測(cè)量的優(yōu)勢(shì)，可以完成一些傳統(tǒng)方法難以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，作者利用氧傳感器完成了幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，并對(duì)此加以說(shuō)明，希望開(kāi)發(fā)出更多更好的中學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：氧傳感器；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

氧傳感器，簡(jiǎn)單的說(shuō)，是一種特殊的原電池，利用電極在不同的氧氣濃度中產(chǎn)生微弱的電動(dòng)勢(shì)，通過(guò)專(zhuān)用的電路，將電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，用以指示出氧氣的濃度。根據(jù)使用的場(chǎng)合和功用的不同，又可分為溶解氧傳感器、微量氧傳感器、常量氧傳感器等。筆者在高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)中嘗試使用氧傳感器，現(xiàn)將使用心得體會(huì)整理如下。

案例一：溶解氧傳感器測(cè)定溶液中的溶解氧

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫业窖趸疐e（OH)2的原因

在研究如何制備并保存Fe（OH）2的問(wèn)題上，首先要搞清楚Fe（OH）2是如何被氧化的。宏觀(guān)上看，F(xiàn)e（OH）2氧化成Fe（OH）3，是氧氣的作用。為了實(shí)現(xiàn)保存Fe（OH）2的目的，我們嘗試使用了鐵粉、亞硫酸鈉、維生素C等還原劑，但實(shí)驗(yàn)中并不能體現(xiàn)出它們的作用，也就是說(shuō)Fe（OH）2在有上述還原劑的情況下，依然被氧化。這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)在令人費(fèi)解。為了帶領(lǐng)學(xué)生弄清楚是什么原因，我們懷疑是溶液中的少量溶解氧使然。可是溶解氧到底有多少，是不是因此而氧化Fe（OH）2的呢？我們必須要有個(gè)手段來(lái)監(jiān)測(cè)溶解氧的變化。這就使我想到了溶解氧傳感器。利用溶解氧傳感器可以輕而易舉地測(cè)定Fe（OH）2懸濁液中的溶解氧變化。純水中的溶解氧大約15mg/L，新制Fe（OH）2懸濁液的溶解氧為6～7mg/L。如果連續(xù)測(cè)定Fe（OH）2懸濁液的溶解氧，發(fā)現(xiàn)其數(shù)值不斷減小，直至0.0mg/L。而含有的亞硫酸鈉、維生素C等還原劑的溶液中，溶解氧都大于5mg/L，所以問(wèn)題的實(shí)質(zhì)也就揭示得很清楚了——溶解氧將Fe（OH）2氧化成Fe（OH）3。

案例二：常量氧傳感器和溫度計(jì)聯(lián)合使用

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄颗瘜殞毜陌l(fā)熱原理

暖寶寶的成分中有鐵粉、碳粉、氯化鈉、水等。當(dāng)我們打開(kāi)包裝，揭下保護(hù)薄膜時(shí)，這些成分就暴露在空氣中，空氣中的氧氣參與了暖寶寶的發(fā)熱過(guò)程。是不是氧氣真的有參與呢？我們需要跟蹤測(cè)定它在密閉條件下發(fā)熱的過(guò)程。我們用一個(gè)三頸燒瓶，將暖寶寶的成分倒入其中，同時(shí)用常量氧傳感器和溫度計(jì)分別測(cè)定氧氣含量和溫度的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著時(shí)間推移，溫度升高的同時(shí)，氧氣含量卻在減少，這說(shuō)明暖寶寶的發(fā)熱需要消耗氧氣。慢慢地將實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)至鐵的電化學(xué)腐蝕原理上。

案例三：常量氧傳感器和二氧化碳傳感器

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯窟^(guò)氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)

為了模擬含有過(guò)氧化鈉的空氣面罩，把過(guò)氧化鈉裝入一個(gè)氣球皮中，并將氣球皮固定于三頸燒瓶的一個(gè)入口，用氧傳感器和二氧化碳傳感器來(lái)測(cè)定空氣中的氧氣和二氧化碳的濃度變化。向燒瓶?jī)?nèi)經(jīng)干燥管吹入一口呼出的氣體，此時(shí)二氧化碳濃度大幅升高，從計(jì)算機(jī)中讀出的數(shù)據(jù)顯示，CO2從450ppm增加到12000ppm，同時(shí)氧氣從20.8％下降到18.9％，若用雙坐標(biāo)顯示圖像則可以觀(guān)察到過(guò)程性的變化，非常直觀(guān)。此時(shí)將裝有過(guò)氧化鈉的氣球皮直立，將過(guò)氧化鈉落入燒瓶底部，觀(guān)察CO2和O2的變化。此時(shí)，這兩條線(xiàn)再次反轉(zhuǎn)。CO2開(kāi)始下降，O2上升，經(jīng)過(guò)約5min后，CO2顯示為0，幾乎測(cè)不到。

從以上三個(gè)例子可以看出，氧傳感器可以在線(xiàn)測(cè)量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中氧氣的變化，從ppm級(jí)到百分比，測(cè)量的精度和穩(wěn)定性都非常好，滿(mǎn)足了我們的日常實(shí)驗(yàn)要求。如果同時(shí)配合溫度傳感器、二氧化碳傳感器或者其他的傳感器，還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)揭示幾個(gè)變化量之間的關(guān)系。筆者曾嘗試在案例三中計(jì)算CO2和O2的定量變化關(guān)系。理論上是CO2下降2000ppm（0.2％），O2應(yīng)該上升0.1％，實(shí)測(cè)CO2下降3400ppm時(shí)，O2上升0.1％。估計(jì)是因?yàn)槿i燒瓶中的空氣不夠干燥造成

和硝酸鉀飽和溶液中，觀(guān)察杠桿是否平衡。如若探究溫度影響，我們可以把硝酸鉀小布袋浸入等質(zhì)量不等溫的水中，觀(guān)察杠桿是否平衡，以此分析得出結(jié)論。利用杠桿改進(jìn)的其它的實(shí)驗(yàn)在這里我就不再一一詳細(xì)敘述，希望能起到拋磚引玉的效果。

參考文獻(xiàn)

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doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.037

文章編號(hào)：1008-0546（2016）04-0097-01

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B