自制人體呼吸產(chǎn)生二氧化碳演示器

葛德新 王曙華

摘要：根據(jù)控制變量的原理，巧妙利用塑料單向閥門，自制對(duì)比實(shí)驗(yàn)裝置，向等量的石灰水中分別通入等量的空氣及呼出氣體，根據(jù)石灰水變渾濁的程度來(lái)比較兩種氣體中二氧化碳含量，是對(duì)教材上對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)的很好補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：吸入空氣；呼出氣體；二氧化碳；石灰水；單向閥

文章編號(hào)：1008-0546（2022）02-0096-02中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.02.022

“對(duì)人體吸入空氣與呼出氣體的探究”是九年級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的一個(gè)重要的演示實(shí)驗(yàn)，是學(xué)生學(xué)習(xí)初中化學(xué)最先接觸的實(shí)驗(yàn)之一，也是讓學(xué)生學(xué)習(xí)如何將控制變量的原理應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中的第一個(gè)對(duì)比實(shí)驗(yàn)。比較人體吸入空氣與呼出氣體中二氧化碳含量的實(shí)驗(yàn)，通常是用排水法收集好一瓶呼出氣體，再準(zhǔn)備另一等規(guī)格的空集氣瓶，分別向兩個(gè)瓶?jī)?nèi)滴入相同滴數(shù)的澄清石灰水，可見(jiàn)貯有空氣的集氣瓶中石灰水基本不變，而貯有呼出氣體的集氣瓶中石灰水明顯變渾濁了，說(shuō)明呼出氣體中二氧化碳的含量高于吸入空氣中二氧化碳的含量。根據(jù)控制變量的原理，能不能向等量的石灰水中分別通入等量的空氣及呼出氣體，根據(jù)石灰水變渾濁的程度來(lái)比較兩種氣體中二氧化碳含量呢？

一、實(shí)驗(yàn)材料及藥品

具支試管、單孔橡皮塞、塑料單向閥、塑料分流管、橡膠管、玻璃管、吹嘴、固定儀器用展示板、螺口塑料筒（300 mL）、帶有固定螺絲的塑料穿板、新制澄清的石灰水。

1.課堂演示用裝置

見(jiàn)圖1。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)用裝置

見(jiàn)圖2。

二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程及現(xiàn)象

1.課堂演示用裝置操作過(guò)程

（1）介紹裝置，見(jiàn)圖1，講解并使學(xué)生理解單向閥的原理及氣流方向（長(zhǎng)管進(jìn)氣短管出氣[1]）。

（2）通過(guò)吹嘴，吸氣10秒鐘，可見(jiàn)空氣由左端長(zhǎng)導(dǎo)管進(jìn)入A試管內(nèi)，A試管內(nèi)的液體中有氣泡冒出，氣流再通過(guò)導(dǎo)管直接進(jìn)入人體呼吸系統(tǒng)（見(jiàn)圖3）。

（3）呼氣10秒鐘，可見(jiàn)呼出氣體由右端長(zhǎng)導(dǎo)管進(jìn)入B試管內(nèi)，B試管內(nèi)的液體中有氣泡冒出，氣流再通過(guò)導(dǎo)管直接由A試管上端的分流管排出裝置（見(jiàn)圖4）。

（4）重復(fù)吸氣和呼氣（力度與時(shí)間基本一致），一會(huì)，可見(jiàn)A試管內(nèi)的石灰水基本不變，而B(niǎo)試管內(nèi)的石灰水明顯變渾濁了，由此說(shuō)明呼出氣體中的二氧化碳含量比空氣中的要高，也說(shuō)明了人體呼吸產(chǎn)生了二氧化碳?xì)怏w。

2.學(xué)生實(shí)驗(yàn)用裝置操作過(guò)程

（1）介紹裝置，見(jiàn)圖2，講解并使學(xué)生理解單向閥的原理及氣流方向（長(zhǎng)管進(jìn)氣短管出氣）。

（2）吸氣30 s（中途可換氣），筒內(nèi)的氣壓減小，外界空氣只能由2號(hào)單向閥先進(jìn)入石灰水中，再由3號(hào)單向閥進(jìn)入人體呼吸糸統(tǒng)，30 s后，可見(jiàn)石灰水基本不變渾濁（見(jiàn)圖5）。

（3）呼氣30 s（中途可換氣），呼出氣體只能由4號(hào)單向閥進(jìn)入石灰水中，再由1號(hào)單向閥排出裝置，呼氣過(guò)程中石灰水逐漸變渾濁，30 s后，可見(jiàn)石灰水明顯變渾濁。由此說(shuō)明，呼出氣體中二氧化碳的含量高于吸入空氣中二氧化碳的含量，也證明了人體呼吸作用產(chǎn)生了二氧化碳（見(jiàn)圖6）。

三、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新意義

裝置設(shè)計(jì)科學(xué)，操作簡(jiǎn)單，對(duì)比現(xiàn)象明顯，安全，能方便學(xué)生進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作，杜絕了師生在誤操作時(shí)吸入石灰水的可能性（“人體呼吸產(chǎn)生二氧化碳演示器”已獲實(shí)用新型專利證書，專利號(hào)： ZL202023179453.5）。

參考文獻(xiàn)

[1]石云.塑料單向閥在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備；2017（6）：36-38.