江蘇省南通市虹橋二中(226006) 葛德新

對人體吸入空氣和呼出氣體的探究是人教版化學(xué)教材9年級第1單元課題2的第2個探究實驗，是學(xué)生第一次學(xué)習(xí)用控制變量的方法來設(shè)計化學(xué)實驗，對今后化學(xué)學(xué)習(xí)起著很好的引領(lǐng)作用。但其中用于比較兩種氣體中氧氣含量的實驗在操作時存在一些不確定的因素，實踐證明，燃著的木條有時火焰較大，在敞口的集氣瓶內(nèi)往往較難熄滅，而蠟燭火焰大小容易控制且比較穩(wěn)定，用來代替木條效果極佳；另外，由于呼出氣體中二氧化碳含量是空氣中的100多倍，二氧化碳本身也能使燃著的木條熄滅，對氧氣含量的比較有干擾作用，不少學(xué)生在復(fù)習(xí)期間往往會錯誤地認(rèn)為，用燃著的木條分別伸入裝有吸入空氣和呼出氣體的2個集氣瓶內(nèi)是用來比較二氧化碳含量的。因此，從控制變量的角度來理解，若用燃著的木條或蠟燭來比較兩種氣體中氧氣含量，應(yīng)先除去兩瓶氣體中的二氧化碳再來比較，才更科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。此外，將等量的兩種氣體分別通入等量的澄清石灰水中來比較二氧化碳含量，避免了用排水法收集呼出氣體時，部分二氧化碳溶于水的可能，從而與后續(xù)學(xué)習(xí)實驗室收集二氧化碳不能用排水法收集產(chǎn)生沖突，也是對課本控制變量設(shè)計實驗的一個很好補充。用洗氣裝置和單向閥門巧妙結(jié)合，則能很好地解決以上難題，還能更科學(xué)地比較兩種氣體中水蒸氣的含量。

1 實驗用品

吸濾瓶2個、單向閥3個、T型管、膠皮管、具支試管(配單孔橡皮塞)、導(dǎo)管、自制對比裝置(蠟燭2支并固定于木板上)、濃氫氧化鈉溶液、澄清石灰水。

2 實驗過程

探究實驗1：比較人體吸入空氣與呼出氣體中氧氣的含量。

如圖1所示，先吸氣，讓空氣由左端導(dǎo)管口通入左洗氣瓶內(nèi)，由Y型管左側(cè)進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)，再呼氣，呼出氣體由Y型管右側(cè)進(jìn)入右洗氣瓶內(nèi)，由于兩瓶內(nèi)均裝有濃氫氧化鈉溶液，故經(jīng)過幾次等時間、等力度的吸氣和呼氣后，左右兩洗氣瓶內(nèi)分別充滿不含二氧化碳的空氣和呼出氣體。

如圖2所示，點燃自制裝置上的兩支蠟燭，調(diào)節(jié)火焰使大小基本一致，先取下兩個洗氣瓶的瓶塞，再將兩支蠟燭同時伸入洗氣瓶內(nèi)，可見在呼出氣體瓶內(nèi)的蠟燭最先熄滅，而在吸入空氣瓶內(nèi)的蠟燭后熄滅，充分說明呼出氣體中的氧氣含量要比空氣中的低。

探究實驗2：比較人體吸入空氣與呼出氣體中二氧化碳的含量。

如圖3所示，兩個洗氣瓶內(nèi)分別裝用等量的澄清石灰水，先吸氣，讓空氣進(jìn)入左瓶內(nèi)，再呼氣，呼出氣體進(jìn)入右瓶，經(jīng)過兩次等時間、等力度的吸氣和呼氣后，可見左瓶內(nèi)的石灰水基本沒有什么變化，而右瓶內(nèi)的石灰水明顯變渾濁了，充分說明呼出氣體中二氧化碳含量要比空氣中的高。

探究實驗3：比較人體吸入空氣與呼出氣體中水蒸氣的含量。

如圖4所示，先通過錐形瓶的支管吸氣8 s，讓空氣流通過長導(dǎo)管進(jìn)入具支錐形瓶，可見瓶內(nèi)無明顯變化，再通過長導(dǎo)管呼氣8 s，呼出的氣體進(jìn)入具支錐形瓶，可見瓶壁上出現(xiàn)許多明顯的水霧，充分說明呼出氣體中水蒸氣含量要比空氣中的高。

若在具支錐形瓶內(nèi)先裝入少量的澄清石灰水(見圖5)，長導(dǎo)管上連接1個單向閥(以防吸入石灰水)，重復(fù)以上操作，可見吸氣后，空氣進(jìn)入石灰水中，但石灰水沒有明顯變化，而呼氣后，石灰水明顯變渾濁，也說明呼出氣體中二氧化碳含量要比空氣中的高。

3 實驗評價

(1)比較氧氣含量的創(chuàng)新實驗，用燃著的蠟燭代替木條，火焰穩(wěn)定且能做到大小基本一致，實驗效果明顯，在除去二氧化碳?xì)怏w后比較氧氣含量，更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)。

(2)比較二氧化碳含量的創(chuàng)新實驗，不用事先收集吸入空氣和呼出氣體，在等量的澄清石灰水中分別通入等量的兩種氣體來比較二氧化碳含量，操作簡單，用時短，對比明顯。

(3)比較水蒸氣含量的創(chuàng)新實驗，讓吸入空氣和呼出氣體均以氣流的形式與瓶壁接觸，控制變量更科學(xué)，易于學(xué)生操作，效果明顯。