實驗室二氧化碳氣體的收集及檢測方法再研究

郁學梅

摘要：實驗證明雖然二氧化碳溶于水，但其溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集。在排氣法收集中，是用點燃的木條放在集氣瓶口是否熄滅來判斷二氧化碳有沒有收集滿，實驗證明二氧化碳濃度只要超過30%（體積分數），點燃的木條就會熄滅，所以用這樣的方法來判斷二氧化碳已收集滿是不妥的。

關鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；實驗探究

文章編號：1005–6629（2014）7–0065–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的發現

初中化學教材中[1]二氧化碳氣體是用向上排空氣法收集的，沒有提到用排水法收集，在一些練習甚至中考題中會考到二氧化碳是溶于水的，不宜用排水法收集。

二氧化碳的制取和性質是初中化學的重點知識，學生要掌握二氧化碳氣體發生和收集、性質的驗證等實驗操作。在一次的學生實驗中，每組發了一個水槽，要求學生把一瓶沒用過的二氧化碳氣體倒扣在盛水的水槽中，觀察現象。同時筆者在黑板上寫了一個數據：20℃，一個標準大氣壓下，1體積水中溶解0.88體積的二氧化碳[2]。

下課前匯總的實驗現象：19組中有4組同學說沒有水壓入集氣瓶；13組同學說有水壓入，但很少，不到1厘米；有2組同學集氣瓶中壓入的水稍多，超過1厘米。學生提出疑問，水槽中這些水量，理論上足夠把集氣瓶中的二氧化碳氣體溶解完，為什么集氣瓶中水面幾乎不上升。筆者問學生收集二氧化碳時都驗滿了嗎，回答是肯定的；筆者指出即使點燃的木條熄滅，二氧化碳可能也是不純的。這時下課鈴聲響起，同學們帶著困惑離開了實驗室。

2 問題的反思

曾經在《化學教學》雜志上看到過宋時雨老師的文章“使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究”[3]，該文通過實驗證明當空氣中氧氣濃度達到50.2%及以上，帶火星的木條即能復燃。

筆者又查閱了很多上海及外省市的中考卷，對充滿二氧化碳氣體的集氣瓶倒扣在水中，現象的描述都為液面略有上升。

綜合各種資料，筆者對學生的實驗現象產生的原因有以下幾個猜想：

猜想一：集氣瓶中二氧化碳可能不純；

猜想二：各種資料中關于二氧化碳在水中的溶解性數據可能并不準確；

猜想三：二氧化碳在水中的溶解速度可能較慢。3 實驗驗證

筆者進行二氧化碳溶于水實驗。實驗當天氣溫4～8℃，水溫7℃，天氣晴朗，用的是自來水。

取三個相同規格的集氣瓶，一個大試管。先用向上排空氣法連續收集兩瓶二氧化碳氣體，用點燃的木條放于瓶口驗滿后，馬上倒扣在盛水的水槽中。讓藥品反應一段時間（預先多放點大理石，稀鹽酸可隨時添加，盡量排出裝置中的空氣），再用排水集氣法收集一集氣瓶和一試管二氧化碳氣體，也倒扣在盛水的水槽中，依次編號為1、2、3、4（注：收集的前后時間差控制在10分鐘內）。筆者每隔2小時拍照記錄進入集氣瓶和試管中的水量，并測算了2小時和24小時整這兩個時間點時，進入容器內的水量占集氣瓶容積的比例。以24小時整樣本3為例，測量壓入的水的體積，再測出該集氣瓶裝滿水時水的體積，兩者相除，算出當時水占集氣瓶容積94.2%。具體實驗情況見表1。

分析表1，發現二氧化碳溶解于水的速度很慢，樣本1～4壓入的水量不同，是因為二氧化碳的純度不同，用排水法收集的二氧化碳純度大大高于排空氣法收集的二氧化碳純度，并且排水法不需要驗滿，節約原料。

學生實驗中，由于二氧化碳是用排空氣法收集，且倒置于水中的時間很短，從而造成學生很難發現二氧化碳溶于水而水位上升的現象。

由此可見，二氧化碳溶于水的速度很慢，其溶解的速度不影響用排水法收集二氧化碳，且收集到的二氧化碳純度很高（快、純、省料），而用排氣法收集的二氧化碳純度就較低，且耗時、耗料。

4 使點燃的木條熄滅的二氧化碳濃度研究

筆者用容積為150mL的集氣瓶，裝入60mL水，留有90mL空氣，用二氧化碳排出這些水，用此法收集到占空氣體積分數為40%的二氧化碳氣體，再用點燃的木條伸入集氣瓶中，觀察是否熄滅。通過改變裝入集氣瓶中的水量，來改變二氧化碳的體積分數，試驗不同濃度的二氧化碳使燃燒的木條熄滅的情況。實驗結果見表2。

實驗證明只要空氣中CO2的體積含量達到30%及以上，點燃的木條就能熄滅。

5 結論

通過上述實驗我們可以得出結論，雖然二氧化碳可溶于水，但溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集，而且用排水法收集到的二氧化碳純度高（快、純、省料）。排空氣法收集二氧化碳實驗是用使點燃的木條是否熄滅來證明二氧化碳是不是收集滿，而二氧化碳在空氣中的體積分數只要超過30%就能使點燃的木條熄滅，所以這樣收集到的二氧化碳純度肯定比用排水法收集的二氧化碳氣體的純度低。

參考文獻：

[1][2]九年義務教育課本.九年級化學第一學期[M].上海：上海教育出版社，2007：117.

[3]宋時雨.使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究[J].化學教學，2001，（8）：11.

摘要：實驗證明雖然二氧化碳溶于水，但其溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集。在排氣法收集中，是用點燃的木條放在集氣瓶口是否熄滅來判斷二氧化碳有沒有收集滿，實驗證明二氧化碳濃度只要超過30%（體積分數），點燃的木條就會熄滅，所以用這樣的方法來判斷二氧化碳已收集滿是不妥的。

關鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；實驗探究

文章編號：1005–6629（2014）7–0065–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的發現

初中化學教材中[1]二氧化碳氣體是用向上排空氣法收集的，沒有提到用排水法收集，在一些練習甚至中考題中會考到二氧化碳是溶于水的，不宜用排水法收集。

二氧化碳的制取和性質是初中化學的重點知識，學生要掌握二氧化碳氣體發生和收集、性質的驗證等實驗操作。在一次的學生實驗中，每組發了一個水槽，要求學生把一瓶沒用過的二氧化碳氣體倒扣在盛水的水槽中，觀察現象。同時筆者在黑板上寫了一個數據：20℃，一個標準大氣壓下，1體積水中溶解0.88體積的二氧化碳[2]。

下課前匯總的實驗現象：19組中有4組同學說沒有水壓入集氣瓶；13組同學說有水壓入，但很少，不到1厘米；有2組同學集氣瓶中壓入的水稍多，超過1厘米。學生提出疑問，水槽中這些水量，理論上足夠把集氣瓶中的二氧化碳氣體溶解完，為什么集氣瓶中水面幾乎不上升。筆者問學生收集二氧化碳時都驗滿了嗎，回答是肯定的；筆者指出即使點燃的木條熄滅，二氧化碳可能也是不純的。這時下課鈴聲響起，同學們帶著困惑離開了實驗室。

2 問題的反思

曾經在《化學教學》雜志上看到過宋時雨老師的文章“使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究”[3]，該文通過實驗證明當空氣中氧氣濃度達到50.2%及以上，帶火星的木條即能復燃。

筆者又查閱了很多上海及外省市的中考卷，對充滿二氧化碳氣體的集氣瓶倒扣在水中，現象的描述都為液面略有上升。

綜合各種資料，筆者對學生的實驗現象產生的原因有以下幾個猜想：

猜想一：集氣瓶中二氧化碳可能不純；

猜想二：各種資料中關于二氧化碳在水中的溶解性數據可能并不準確；

猜想三：二氧化碳在水中的溶解速度可能較慢。3 實驗驗證

筆者進行二氧化碳溶于水實驗。實驗當天氣溫4～8℃，水溫7℃，天氣晴朗，用的是自來水。

取三個相同規格的集氣瓶，一個大試管。先用向上排空氣法連續收集兩瓶二氧化碳氣體，用點燃的木條放于瓶口驗滿后，馬上倒扣在盛水的水槽中。讓藥品反應一段時間（預先多放點大理石，稀鹽酸可隨時添加，盡量排出裝置中的空氣），再用排水集氣法收集一集氣瓶和一試管二氧化碳氣體，也倒扣在盛水的水槽中，依次編號為1、2、3、4（注：收集的前后時間差控制在10分鐘內）。筆者每隔2小時拍照記錄進入集氣瓶和試管中的水量，并測算了2小時和24小時整這兩個時間點時，進入容器內的水量占集氣瓶容積的比例。以24小時整樣本3為例，測量壓入的水的體積，再測出該集氣瓶裝滿水時水的體積，兩者相除，算出當時水占集氣瓶容積94.2%。具體實驗情況見表1。

分析表1，發現二氧化碳溶解于水的速度很慢，樣本1～4壓入的水量不同，是因為二氧化碳的純度不同，用排水法收集的二氧化碳純度大大高于排空氣法收集的二氧化碳純度，并且排水法不需要驗滿，節約原料。

學生實驗中，由于二氧化碳是用排空氣法收集，且倒置于水中的時間很短，從而造成學生很難發現二氧化碳溶于水而水位上升的現象。

由此可見，二氧化碳溶于水的速度很慢，其溶解的速度不影響用排水法收集二氧化碳，且收集到的二氧化碳純度很高（快、純、省料），而用排氣法收集的二氧化碳純度就較低，且耗時、耗料。

4 使點燃的木條熄滅的二氧化碳濃度研究

筆者用容積為150mL的集氣瓶，裝入60mL水，留有90mL空氣，用二氧化碳排出這些水，用此法收集到占空氣體積分數為40%的二氧化碳氣體，再用點燃的木條伸入集氣瓶中，觀察是否熄滅。通過改變裝入集氣瓶中的水量，來改變二氧化碳的體積分數，試驗不同濃度的二氧化碳使燃燒的木條熄滅的情況。實驗結果見表2。

實驗證明只要空氣中CO2的體積含量達到30%及以上，點燃的木條就能熄滅。

5 結論

通過上述實驗我們可以得出結論，雖然二氧化碳可溶于水，但溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集，而且用排水法收集到的二氧化碳純度高（快、純、省料）。排空氣法收集二氧化碳實驗是用使點燃的木條是否熄滅來證明二氧化碳是不是收集滿，而二氧化碳在空氣中的體積分數只要超過30%就能使點燃的木條熄滅，所以這樣收集到的二氧化碳純度肯定比用排水法收集的二氧化碳氣體的純度低。

參考文獻：

[1][2]九年義務教育課本.九年級化學第一學期[M].上海：上海教育出版社，2007：117.

[3]宋時雨.使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究[J].化學教學，2001，（8）：11.

摘要：實驗證明雖然二氧化碳溶于水，但其溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集。在排氣法收集中，是用點燃的木條放在集氣瓶口是否熄滅來判斷二氧化碳有沒有收集滿，實驗證明二氧化碳濃度只要超過30%（體積分數），點燃的木條就會熄滅，所以用這樣的方法來判斷二氧化碳已收集滿是不妥的。

關鍵詞：二氧化碳；排水集氣法；實驗探究

文章編號：1005–6629（2014）7–0065–02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的發現

初中化學教材中[1]二氧化碳氣體是用向上排空氣法收集的，沒有提到用排水法收集，在一些練習甚至中考題中會考到二氧化碳是溶于水的，不宜用排水法收集。

二氧化碳的制取和性質是初中化學的重點知識，學生要掌握二氧化碳氣體發生和收集、性質的驗證等實驗操作。在一次的學生實驗中，每組發了一個水槽，要求學生把一瓶沒用過的二氧化碳氣體倒扣在盛水的水槽中，觀察現象。同時筆者在黑板上寫了一個數據：20℃，一個標準大氣壓下，1體積水中溶解0.88體積的二氧化碳[2]。

下課前匯總的實驗現象：19組中有4組同學說沒有水壓入集氣瓶；13組同學說有水壓入，但很少，不到1厘米；有2組同學集氣瓶中壓入的水稍多，超過1厘米。學生提出疑問，水槽中這些水量，理論上足夠把集氣瓶中的二氧化碳氣體溶解完，為什么集氣瓶中水面幾乎不上升。筆者問學生收集二氧化碳時都驗滿了嗎，回答是肯定的；筆者指出即使點燃的木條熄滅，二氧化碳可能也是不純的。這時下課鈴聲響起，同學們帶著困惑離開了實驗室。

2 問題的反思

曾經在《化學教學》雜志上看到過宋時雨老師的文章“使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究”[3]，該文通過實驗證明當空氣中氧氣濃度達到50.2%及以上，帶火星的木條即能復燃。

筆者又查閱了很多上海及外省市的中考卷，對充滿二氧化碳氣體的集氣瓶倒扣在水中，現象的描述都為液面略有上升。

綜合各種資料，筆者對學生的實驗現象產生的原因有以下幾個猜想：

猜想一：集氣瓶中二氧化碳可能不純；

猜想二：各種資料中關于二氧化碳在水中的溶解性數據可能并不準確；

猜想三：二氧化碳在水中的溶解速度可能較慢。3 實驗驗證

筆者進行二氧化碳溶于水實驗。實驗當天氣溫4～8℃，水溫7℃，天氣晴朗，用的是自來水。

取三個相同規格的集氣瓶，一個大試管。先用向上排空氣法連續收集兩瓶二氧化碳氣體，用點燃的木條放于瓶口驗滿后，馬上倒扣在盛水的水槽中。讓藥品反應一段時間（預先多放點大理石，稀鹽酸可隨時添加，盡量排出裝置中的空氣），再用排水集氣法收集一集氣瓶和一試管二氧化碳氣體，也倒扣在盛水的水槽中，依次編號為1、2、3、4（注：收集的前后時間差控制在10分鐘內）。筆者每隔2小時拍照記錄進入集氣瓶和試管中的水量，并測算了2小時和24小時整這兩個時間點時，進入容器內的水量占集氣瓶容積的比例。以24小時整樣本3為例，測量壓入的水的體積，再測出該集氣瓶裝滿水時水的體積，兩者相除，算出當時水占集氣瓶容積94.2%。具體實驗情況見表1。

分析表1，發現二氧化碳溶解于水的速度很慢，樣本1～4壓入的水量不同，是因為二氧化碳的純度不同，用排水法收集的二氧化碳純度大大高于排空氣法收集的二氧化碳純度，并且排水法不需要驗滿，節約原料。

學生實驗中，由于二氧化碳是用排空氣法收集，且倒置于水中的時間很短，從而造成學生很難發現二氧化碳溶于水而水位上升的現象。

由此可見，二氧化碳溶于水的速度很慢，其溶解的速度不影響用排水法收集二氧化碳，且收集到的二氧化碳純度很高（快、純、省料），而用排氣法收集的二氧化碳純度就較低，且耗時、耗料。

4 使點燃的木條熄滅的二氧化碳濃度研究

筆者用容積為150mL的集氣瓶，裝入60mL水，留有90mL空氣，用二氧化碳排出這些水，用此法收集到占空氣體積分數為40%的二氧化碳氣體，再用點燃的木條伸入集氣瓶中，觀察是否熄滅。通過改變裝入集氣瓶中的水量，來改變二氧化碳的體積分數，試驗不同濃度的二氧化碳使燃燒的木條熄滅的情況。實驗結果見表2。

實驗證明只要空氣中CO2的體積含量達到30%及以上，點燃的木條就能熄滅。

5 結論

通過上述實驗我們可以得出結論，雖然二氧化碳可溶于水，但溶解的速度很慢，所以實驗室制二氧化碳也可以用排水法收集，而且用排水法收集到的二氧化碳純度高（快、純、省料）。排空氣法收集二氧化碳實驗是用使點燃的木條是否熄滅來證明二氧化碳是不是收集滿，而二氧化碳在空氣中的體積分數只要超過30%就能使點燃的木條熄滅，所以這樣收集到的二氧化碳純度肯定比用排水法收集的二氧化碳氣體的純度低。

參考文獻：

[1][2]九年義務教育課本.九年級化學第一學期[M].上海：上海教育出版社，2007：117.

[3]宋時雨.使帶火星木條復燃的氧氣濃度極限的實驗研究[J].化學教學，2001，（8）：11.