人體呼出氣體中二氧化碳含量的定量測定

賈澤茹 葛德新

摘要：采用注射器與量氣管組合的自制實驗裝置，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，利用壓強差并巧妙地根據(jù)白鵪鶉蛋移動的距離換算得出二氧化碳的體積，進而計算出人體呼出氣體中二氧化碳的體積分數(shù)。

關鍵詞：呼出氣體;二氧化碳含量;自制裝置;白鵪鶉蛋

文章編號：1008-0546（2022）04x-0094-01

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：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？能不能通過實驗進行定量測定？為研究該問題，自制了圖1所示的實驗裝置。

一、實驗用品

鐵架臺、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、導管和橡膠管、氫氧化鈉濃溶液。

二、實驗裝置

三、實驗原理

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，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)空白實驗時注射器活塞移動體積與白鵪鶉蛋下降距離的比例關系，得出燒瓶內(nèi)二氧化碳的體積，進而計算出人體呼出氣體中二氧化碳的含量。

四、實驗步驟及現(xiàn)象

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

2.連接裝置，關閉止氣夾，將注射器活塞拉動至80mL處，發(fā)現(xiàn)白鵪鶉蛋向下移動了Hcm（讀數(shù)均以白鵪鶉蛋的最下端為標準）。圖2顯示，經(jīng)多次實驗證明，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，白鵪鶉蛋向上滑動至原處，記錄此時白鵪鶉蛋對應的刻度為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，吸收瓶內(nèi)的二氧化碳氣體。充分反應后，關閉旋鈕，打開止氣夾，白鵪鶉蛋向下滑動至刻度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;白鵪鶉蛋向下滑動的實際距離（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數(shù)，實驗結(jié)果列在表1。

五、設計思路

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

六、實驗拓展

該實驗是對教材中定性研究人體呼出氣體內(nèi)容的補充，自制的實驗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改變的實驗。用于學生小組活動，還有利于培養(yǎng)學生的合作精神和探究意識。

參考文獻

[1]朱雷，季建林.自制“呼、吸氣體中二氧化碳含量對比”演示儀（J）.中小學實驗與裝備，2019，29（1）：27.

[2]葛德新.定量測定空氣中氧氣含量的創(chuàng)新實驗設計[J].教育與裝備研究，2020，36（2）：55-56.