賈澤茹 葛德新

摘要：采用注射器與量氣管組合的自制實(shí)驗(yàn)裝置，用氫氧化鈉濃溶液充分吸收一定量人體呼出氣體中的二氧化碳，利用壓強(qiáng)差并巧妙地根據(jù)白鵪鶉蛋移動(dòng)的距離換算得出二氧化碳的體積，進(jìn)而計(jì)算出人體呼出氣體中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)。

關(guān)鍵詞：呼出氣體;二氧化碳含量;自制裝置;白鵪鶉蛋

文章編號(hào)：1008-0546（2022）04x-0094-01

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04x.027

如何比較人體呼出氣體與吸入空氣中二氧化碳含量的高低？向等量的兩種氣體中，滴入等量的澄清石灰水，可定性證明呼出氣體中二氧化碳含量高于空氣中二氧化碳含量[1]。人體呼出氣體中究竟含有多少二氧化碳？能不能通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量測定？為研究該問題，自制了圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置。

一、實(shí)驗(yàn)用品

鐵架臺(tái)、圓底燒瓶（500mL）、磁力攪拌器、恒壓分液漏斗、自制量氣管（長度50cm、內(nèi)徑24mm）、注射器、白鵪鶉蛋、導(dǎo)管和橡膠管、氫氧化鈉濃溶液。

二、實(shí)驗(yàn)裝置

三、實(shí)驗(yàn)原理

向充滿人體呼出氣體的密閉燒瓶內(nèi)滴入足量氫氧化鈉溶液，充分反應(yīng)，容器內(nèi)氣壓減少，量氣管內(nèi)的白鵪鶉蛋下滑一段距離，根據(jù)空白實(shí)驗(yàn)時(shí)注射器活塞移動(dòng)體積與白鵪鶉蛋下降距離的比例關(guān)系，得出燒瓶內(nèi)二氧化碳的體積，進(jìn)而計(jì)算出人體呼出氣體中二氧化碳的含量。

四、實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

1.圓底燒瓶內(nèi)注滿水，將水倒入大號(hào)量筒內(nèi)，得到燒瓶的實(shí)際容積為625mL。

2.連接裝置，關(guān)閉止氣夾，將注射器活塞拉動(dòng)至80mL處，發(fā)現(xiàn)白鵪鶉蛋向下移動(dòng)了Hcm（讀數(shù)均以白鵪鶉蛋的最下端為標(biāo)準(zhǔn)）。圖2顯示，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)證明，同一白鵪鶉蛋，注射器內(nèi)體積改變量與白鵪鶉蛋下降距離的比例基本一致。

3.將注射器活塞推到頂端，白鵪鶉蛋向上滑動(dòng)至原處，記錄此時(shí)白鵪鶉蛋對(duì)應(yīng)的刻度為acm。

4.用排空氣法（若用排水法，部分二氧化碳溶于水，對(duì)測定有一定影響）在燒瓶中集滿呼出的氣體，打開恒壓分液漏斗，向燒瓶內(nèi)加入氫氧化鈉溶液，打開磁力攪拌器，調(diào)節(jié)旋鈕使攪拌轉(zhuǎn)子在燒瓶內(nèi)快速轉(zhuǎn)動(dòng)，吸收瓶內(nèi)的二氧化碳?xì)怏w。充分反應(yīng)后，關(guān)閉旋鈕，打開止氣夾，白鵪鶉蛋向下滑動(dòng)至刻度bcm處。

5.數(shù)據(jù)處理：根據(jù)表1，得出注射器體積改變量與白鵪鶉蛋下降距離的比值約為4.8;白鵪鶉蛋向下滑動(dòng)的實(shí)際距離（b-a）cm，得出二氧化碳的體積為4.8（b-a）mL，除以呼出氣體的總體積625mL，即得人體呼出氣體中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列在表1。

五、設(shè)計(jì)思路

本設(shè)計(jì)利用白鵪鶉蛋的移動(dòng)，使氣體壓強(qiáng)改變更直觀[2]。用到了注射器與量氣管的組合：經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，若單用注射器，活塞與筒身間較大的靜摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有影響;若單用白鵪鶉蛋在量氣管中下降的體積，白鵪鶉蛋的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)也有影響。而采取兩者的組合，并結(jié)合空白實(shí)驗(yàn)，則能克服以上兩點(diǎn)不足。

六、實(shí)驗(yàn)拓展

該實(shí)驗(yàn)是對(duì)教材中定性研究人體呼出氣體內(nèi)容的補(bǔ)充，自制的實(shí)驗(yàn)裝置也可用于測定二氧化碳在水中的溶解度及其他涉及壓強(qiáng)改變的實(shí)驗(yàn)。用于學(xué)生小組活動(dòng)，還有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和探究意識(shí)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱雷，季建林.自制“呼、吸氣體中二氧化碳含量對(duì)比”演示儀（J）.中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備，2019，29（1）：27.

[2]葛德新.定量測定空氣中氧氣含量的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].教育與裝備研究，2020，36（2）：55-56.