CO2和O2驗滿及收集方法可靠性研究

文 湖北省赤壁市實驗中學(xué)黃新階湖北省咸寧市教科院 姚志紅

一、提出問題

初中化學(xué)教科書指出：用向上排空氣法收集O2和CO2時，驗證是否收集滿了（驗滿）的方法是：用一根帶火星的木條置于集氣瓶口，木條復(fù)燃說明O2已集滿；用一根燃著的木條置于集氣瓶口，木條熄滅說明CO2已集滿，并強調(diào)CO2只能用向上排空氣法收集。

帶火星的木條只能在純氧中（空氣排凈）才能復(fù)燃？如果不是這樣，O2體積分數(shù)達到多少時能使帶火星的木條復(fù)燃？

另外，只有CO2體積分數(shù)達到百分之百時燃燒的木條才會熄滅嗎？標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下乙炔在水中的溶解度為1.050，比CO2在水中的溶解度0.875要大，為何能用排水法收集乙炔而不能用排水法收集CO2？

二、研究過程

1.取5個200毫升的塑料量杯，分別裝入總?cè)莘e10%、20%、30%、40%、50%的水，并用毛玻璃片蓋住，編號為 1、2、3、4、5。

2.向大試管中加入高錳酸鉀，加熱使其反應(yīng)，分別用排水集氣法將上述1至5號塑料量杯中的水排去。

3.將帶火星的木條依次插入1至5號塑料量杯中（每次木條插入的深度相同，且處在中間位置），觀察并記錄現(xiàn)象，列入下表：

?

4.在1000毫升量杯中分別用排水法收集50毫升、100毫升、150毫升、200毫升的CO2，把量杯口稍稍提出水面，讓空氣進入杯中，得到CO2體積分數(shù)為5%、10%、15%、20%的氣體，用燃著的木條檢測，發(fā)現(xiàn)木條在體積分數(shù)為5%、10%、15%的CO2中都不熄滅，在20%的CO2氣體中立即熄滅，進一步實測，杯中CO2的體積分數(shù)為16%以上，木條都不能燃燒。

5.用排水集氣法將兩只100毫升相同的量筒集滿乙炔和CO2，同時倒插在兩個盛水的水槽中，觀測乙炔和CO2在水中的溶解性和溶解速度。實驗表明：兩種物質(zhì)在一定時間內(nèi)（一周），氣體被溶解的量都不多，但CO2在水中的溶解速度比乙炔快。用排水集氣法收集CO2，不到一分鐘就集滿一瓶，絲毫看不出與收集O2的差異。

三、研究結(jié)論

通過帶火星的木條復(fù)燃并不能判斷O2是否集滿，只能說明O2濃度不低于50%；用燃燒著的木條熄滅判斷CO2已集滿并不可靠；CO2在水中的溶解度和溶解速度都不大，只要不是精密定量實驗，可用排水法集氣。