人体呼出的气体中CO2含量的测定的研究

人体呼出的气体中CO2含量的测定的研究松桃二中 吴汉龙摘要：人体呼出的气体中二氧化碳的含量的测定方法，是教师和学生很想了解和掌握的，我的研究中所用到的方法能够有效地测出人体呼出的气体中二氧化碳的体积分数。关键词：人体呼出的气体；二氧化碳；体积分数；测定方法1引言：九年级化学第一单元课题2有“对人体吸入的空气和呼出的气体的探究”，做完实验之后，最后“通过上述实验探究，比较人体吸入的空气和呼出的气体所含二氧化碳、氧气、水蒸气的多少，你能得出哪些初步结论？”本人在教学实践中常遇到学生走进一个误区：认为人体呼出的气体中含有大量的二氧化碳。那么，能不能设计一个实验测定人体呼出的气体中二氧化碳的含量呢？首先，我们先了解一下资料里有关人体呼出的气体中的各种成分以及几种气体的性质。人体呼出的气体中含有：氮气、氧气、二氧化碳、水蒸气等。1、氮气：在常况下是一种无色无味无嗅的气体，且通常无毒。氮气占大气总量的78.12%（体积分数），在常温常压下，1体积水中大约只溶解0.02体积的氮气。2、氧气：常温常压下是一种无色无味气体，在大气中的含量为21%（体积分数）。在20，一个标准大气压下，1L水中约溶解30mL氧气。3、二氧化碳：常温常压下是一种无色无味气体，在20，一个标准大气压下，每100体积水可溶解88体积二氧化碳；二氧化碳在大气中约占总体积的0.03%，人呼出的气体中二氧化碳约占4%（体积分数）。2设计思想：初中化学中有探究人体呼出的气体中的成分，但没有关于CO2含量的测定，不少学生误以为人体呼出的气体中含“大量”CO2。故设计一个测定人体呼出的气体中CO2的含量的实验，可作为学生的定量实验，同时为学生对定量学习化学打下基础。3设计原理：1、 CO2不溶于饱和NaHCO3溶液；2、 CO2极易溶于NaOH溶液：CO2 + 2NaOH = Na2CO3 + H2O3、 压强差原理。4实验仪器、设计实验图 ： 1、 实验仪器、试剂：具支试管（50100 mL）1支（带橡胶塞和隔热套）、注射器（5 mL）2支、移液管（5 mL）1支（带刻度）、铁架台（带2固定夹）、止水夹（2个）、导气管、吸气球、水槽、量筒（100mL）；饱和NaHCO3溶液、20%NaOH溶液。2、设计实验图：移液管止水夹2止水夹1注射器具支试管隔热套NaOH溶液饱和NaHCO3溶液 装置图（一） 滴定管（50 mL）注射器（10mL）止水夹1止水夹2软胶管抽滤瓶(1000 mL)NaOH溶液饱和NaHCO3溶液装置图（二）5操作方法及步骤：1、 装置图（二）操作与装置图（一）相似检查装置气密性；2、 用量筒量具支试管的有效容积，记录数据V0（方法：将具支试管装满饱和NaHCO3溶液，将支管上的导气管用止水夹夹紧，将所夹位置标上记号，用带注射器针头的橡胶塞在液面下塞紧支管口，并标上橡胶塞塞紧的深度记号，拿出液面擦干试管外液体，小心拔出橡胶塞，将液体全部倒进量筒测量体积，该体积即为具支试管的有效容积V0）。3、 将规格为5mL的移液管装满滴加红墨水的饱和NaHCO3溶液，用止水夹夹住，倒立固定在铁架台上；用一支拔掉针头的注射器吸取约4mL 20%NaOH溶液，记录读数V1，放置待用。4、 用已经测过有效容积的具支试管用排饱和NaHCO3溶液法收集一试管人体呼出的气体，体积为V0。（用带针头的橡胶塞平衡气压；为了防止手温加热试管造成误差，给试管加隔热套。）揩干试管外液体。5、 吸收CO2 。将步骤3注射器内的NaOH溶液通过橡胶塞上的针头注入试管内，充分振荡后，尽量将具支试管内的溶液尽量抽回注射器内，记录读数V2（不能让注射器内有气体）。6、 将具支试管固定在铁架台上，将排去气泡的导管与移液管相连接，打开2号止水夹（图一），调节液柱，记录读数Va 。7、 将移液管从固定夹上小心放下，尽量保持液面最高处与具支试管有效容积最高处在同一水平线上，打开1号止水夹，直到液面恒定不动时，将1号止水夹夹住橡胶管原来位置（注意：2号止水夹仍然打开）。将移液管按原来位置固定回铁架台，读数，记录为Vb。8、 计算出人体呼出的气体中二氧化碳的体积分数（参考值为4%）。9、 附表格：人体呼出的气体中二氧化碳含量的实验测定试管有效容积V0（mL）移液管读数（mL）注射器读数（mL）CO2体积分数（%）前（Va）前（V1）(Va + V1)V0100%=_后（Vb）后（V2）VaV1说明：_6实际操作的几组数据及分析：人体呼出的气体中二氧化碳含量的实验测定序号数1 装置 ：一号 试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）64.0前3.86前4.0（1.36+1.0）/64.0*100%=3.69%后2.50后3.0差值1.36差值1.0说明：_人体呼出的气体中二氧化碳含量的实验测定序号数2 装置 ：一号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）64.0前4.90前4.0（1.25+1.0）/64.0*100%=3.51%后3.65后3.0差值1.25差值1.0说明：_人体呼出的气体中二氧化碳含量的实验测定序号数3 装置 ：一号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）57.0前4.55前4.0（1.50+1.0）/57.0*100%=4.4%后3.05后3.0差值1.50差值1.0说明：新配制20%NaOH溶液，试管加隔热套，一口气收集。人体呼出的气体中二氧化碳含量的实验测定序号数4 装置 ：一号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）48.0前3.80前2.0（0.90+1.0）/48.0*100%=3.96%后2.90后1.0差值0.90差值1.0说明：用时14分钟。_序号数5 装置 ：一号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）65.0前4.48前5.0（2.68+0.6）/65.0*100%=5.01%后1.80后4.4差值2.68差值0.6说明：收集时吹气缓急也有关系？这次收集时吹气有些快。序号数6 装置 ：一号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）65.0前4.10前5.0（2.20+0.6）/65.0*100%=4.30%后1.90后4.4差值2.20差值0.6说明：_-换用装置（二）：序号数7 装置 ：二号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）902.6前0.4前10.0（44.5+2.0）/902.6*100%=5.15%后44.9后8.0差值44.5差值2.0说明：试管改用1000mL抽滤瓶，移液管改用50mL碱式滴定管。滴定管两次读数都在架上读。序号数8 装置 ：二号试管容积mL取液管读数mL注射器读数mL体积分数（%）902.6前1.5前10.0（37.4+2.0）/902.6*100%=4.02%后38.9后8.0差值37.4差值2.0说明：试管改用1000mL抽滤瓶，移液管改用50mL碱式滴定管。液柱高度保持与支管最高处一致。7数据统计：下表是本人在实验中所测自己呼出的气体中二氧化碳体积分数的其中十几组数据（%）次序1234567891011121314数值3.914.1764.635.154.023.523.823.154.304.033.903.773.514.088数据分析：第四个数据5.15%，该数据是使用抽滤瓶测得的，在测定过程中，气体有一个冷却过程，兼之没考虑液柱高度差造成的误差，值偏大。第八个数据3.15%，该数据是用有效容积65.0mL的具支试管测得，是在第七次数据3.82%之后洗过之后立即就用的试管，可能是有少量残留的氢氧化钠溶液未洗净，造成二氧化碳吸收未尽，值偏小。其余数据与参考值（4%）相差不大，为有效数据。9设计可达到的效果及优缺点：该设计可以比较简单有效地测出人体呼出的气体中CO2体积分