魏喜武（安徽省宣城中學(xué)　安徽宣城　242000）

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測(cè)定O2溶解水中的體積

魏喜武
（安徽省宣城中學(xué)安徽宣城242000）

摘要：用加熱高錳酸鉀的方法制取一瓶250mL的氧氣，并向瓶中注入150mL冷開(kāi)水。用兩端開(kāi)口穿過(guò)橡皮塞的瓶塞封住瓶口，再向瓶外的玻璃管管口加水至某一高度。不斷搖晃瓶，玻璃管中的水面就會(huì)下降，用注射器向瓶?jī)?nèi)灌注大氣，使玻璃管水位恢復(fù)原來(lái)位置，這樣就可以測(cè)出冷開(kāi)水溶解氧氣的體積。

關(guān)鍵詞：氧氣；溶解；體積；實(shí)驗(yàn)

在室溫下，O2不易溶于水，1L水只能溶解約30mLO2。而學(xué)生的前科學(xué)概念往往認(rèn)為，致密無(wú)間的水不易摻和其他物質(zhì)，不應(yīng)該有O2。因此，用實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生親眼見(jiàn)到O2與CO2溶于水中，對(duì)于學(xué)生建立起科學(xué)概念就顯得非常重要。

按圖1所示裝置好實(shí)驗(yàn)器材，用加熱高錳酸鉀的方法制取O2。點(diǎn)燃酒精燈，來(lái)回均勻加熱試管后，再向試管中高錳酸鉀處集中加熱。當(dāng)試管口有連續(xù)均勻的氣泡冒出時(shí)，把導(dǎo)管伸進(jìn)裝滿水的集氣瓶（250mL）中，待集氣瓶中的水完全排完后，在水下面用玻璃板蓋住集氣瓶口，并小心地移至桌面，這樣就收集到了一瓶O2。這一過(guò)程的化學(xué)反應(yīng)方程式為然后把導(dǎo)管移至水面，熄滅酒精燈，拆去實(shí)驗(yàn)裝置。

圖1

打開(kāi)集氣瓶的玻璃蓋（盡量減小瓶中氧氣與大氣連通部分），用量筒向集氣瓶?jī)?nèi)倒入150mL冷開(kāi)水，并迅速把穿有兩段開(kāi)口的玻璃管橡皮塞蓋緊集氣瓶口，其中伸入集氣瓶?jī)?nèi)的玻璃管開(kāi)口處要浸入冷開(kāi)水中，使集氣瓶中的氧氣不能外漏（可檢查裝置的氣密性）。再用注射器向集氣瓶外的玻璃管開(kāi)口處注水，使玻璃管中的水面上升到某點(diǎn)A處，并用色筆打上記號(hào)，如圖2所示。

手拿集氣瓶，在水平面上不停地?fù)u晃幾十次，使冷開(kāi)水與氧氣充分接觸，然后把集氣瓶放回水平的桌面，當(dāng)玻璃管的水柱液面靜止時(shí)，發(fā)現(xiàn)玻璃管水柱從A點(diǎn)下降到B點(diǎn)。設(shè)大氣壓強(qiáng)為p0，集氣瓶中氧氣的壓強(qiáng)為p，玻璃管液面距冷開(kāi)水液面的高度為h，就有p=ρ水gh+p0上式中，大氣壓強(qiáng)p0為定值，當(dāng)玻璃管中液面距冷開(kāi)水液面的高度為h減小時(shí)，集氣瓶中氧氣的壓強(qiáng)為p也必定減小，從而說(shuō)明有一小部分氧氣溶于水中。

圖2

進(jìn)一步討論還可以發(fā)現(xiàn)，在不考慮由于玻璃管液柱下降引起集氣瓶中氧氣微小壓強(qiáng)變化時(shí)，可以認(rèn)為，氧氣溶解水中的體積就等于玻璃管中AB段水柱的體積。若另配一個(gè)注射器（最小體積分度值為1mL）就可以測(cè)定氧氣溶解水的體積。

測(cè)定時(shí)，首先拉動(dòng)注射器活塞，吸進(jìn)6mL空氣，并記下這個(gè)值（稱為V1）；保持活塞在針管的位置不變，用針頭戳穿橡皮塞，使針管內(nèi)空氣與集氣瓶?jī)?nèi)氧氣連通后，再用力推動(dòng)活塞。在推動(dòng)活塞的過(guò)程中，注意觀察玻璃管中液柱的高度變化，當(dāng)液柱上升到A點(diǎn)時(shí)，停止推動(dòng)活塞，并記下針管內(nèi)空氣的體積V2。顯然，注射器排出空氣的體積也就等于氧氣溶解水中的體積，若設(shè)為V，V =V1-V2實(shí)驗(yàn)中測(cè)得V2=1.6mL，表明1500mL水能溶解4.4mLO2，這與教材中“1L水只能溶解約30mLO2”的結(jié)果基本相符。

本實(shí)驗(yàn)采用了“轉(zhuǎn)化”與“放大”的

方法，把無(wú)色氣體的體積變化轉(zhuǎn)化為可視的液柱的變化，把氣體的微小體積變化放大為明顯的可以觀察到的液柱伸縮的變化，符合新課程的“三維目標(biāo)”的教學(xué)要求。

本實(shí)驗(yàn)裝置，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單改造，還可以成為測(cè)定氣體溶解水中體積的專業(yè)儀器，實(shí)驗(yàn)更為方便。如，把玻璃管的一段堵住，用注射器向玻璃管中注入10mL水，量出10mL水柱的長(zhǎng)度除以10，就可以得到1mL水在玻璃管的長(zhǎng)度。以這一長(zhǎng)度為基準(zhǔn)，就可以在玻璃管上標(biāo)上對(duì)應(yīng)的體積數(shù)。這樣，在實(shí)驗(yàn)中通過(guò)讀出玻璃管中水柱下降的體積數(shù)，就可以直接得出氣體在某一體積水中溶解的體積。

參考文獻(xiàn)

［1］陳學(xué)東等.壓強(qiáng)傳感器在CO2性質(zhì)和制法中的應(yīng)用［J］.實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器，2015，（10）：30

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.03.035

文章編號(hào)：1008-0546（2016）03-0095-01

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B