1.化学反应原理
气体经吸入后,在肺部进行气体交换,氧气浓度减小,二氧化碳浓度增加,由于肺部温度较高,水的含量明显高于空气中,甚至达到过饱和状态,故冬天呼吸时有白雾产生。
检验氧气用燃着的木条试验,木条燃烧燃烧不旺,证明氧气浓度降低;二氧化碳用澄清石灰水验证,石灰水变浑浊,证明二氧化碳浓度比空气大;对着冷而干燥的玻璃片呼气,由于水蒸气在玻璃片上液化,玻璃片上出现水滴,由此证明呼出的气体中水的含量高于空气。
2.实验仪器:水槽、集气瓶、玻璃管、玻璃片、火柴、小木条。
实验药品:澄清石灰水。
3.探究方案:
⑴ 取气:先在集气瓶内装满水,用毛玻璃片盖住瓶口,翻转过来,倒扣入水槽中。如图4-1。用弯导管伸入集气瓶内,用嘴向集气瓶内吹气,待有气泡向瓶外冒出时,大水下用毛到点璃片盖住瓶口,取出集气瓶,并正放在桌面上待用,用此法收集两瓶气体。如图4-2所示。由于二氧化碳能溶于水,故此操作要求速度不可太慢。太慢,则二氧化碳溶于水,取出的气体与呼出气体差异较大。
⑶ 验证二氧化碳:取一瓶呼出气体和一个空瓶(里面有空气),分别滴加少量澄清石灰水,稍振荡,观察到呼出气体瓶中石灰水明显变浑浊,而空瓶中石灰水没有明显变化。证明呼出的气体中二氧化碳含量高。如图4-3。
⑶验证氧气:取一瓶呼出气体和一个空瓶,分别伸入一根点燃的小木条,观察燃烧现象。小木条在空气中正常燃烧,在呼出气体中燃烧不旺。证明呼出气体中氧气的浓度低。如图4-4。
⑷ 验证水蒸气:取两块玻璃片,一片置于桌面上,一片对着呼气,观察玻璃表面。对着呼气的玻璃片表面有水雾出现,而置于桌面的玻璃片上无明显变化。如图4-5。
做该实验时,时值高温时节,该实验往往很难观察到现象。教师可引导学生回忆日常生活的经验,如冬天对玻璃呵气,玻璃片上有水雾。也可以将玻璃片稍置于冰箱中冷却一小会(不可时间过长,若玻璃片温度太低,空气中的水蒸气亦可在玻璃片上凝结而出现水雾。)
4.探究评价:
该探究实验操作简单,原理也不复杂,学生能独立完成。但现象不够明显,特别是验证水蒸气的操作几乎难以观察到现象。
负面影响最大的是取样的操作,它将不利于以后学习二氧化碳的收集方法。当然,我们完全有理由相信,二氧化碳在水中的溶解速度较慢,溶解度也不很高,用这种方法收集到的气样与实际呼出的气体差异不大,但如何跟学生解释,怕不是一件简单的事了。
5. 资源开发:
人呼出气体与环境气体成分的比较:(体积分数,单位:%)
气体成分 |
氮气 |
氧气 |
二氧化碳 |
水 |
其他气体 |
环境中的气体 |
78 |
21 |
0.03 |
0.07 |
0.9 |
人呼出的气体 |
78 |
16 |
4 |
1.1 |
0.9 |
6.创新思维:
⑴ 取气:为避免排水取气法带来的副作用,可引导学生用其他方法收集呼出的气体。可用嘴吹无色塑料袋,同时摆动另一塑料带取出空气。还可以用用打气筒向气球内打入空气等。由此取出的气样可用于验证二氧化碳的量。
⑵ 验证二氧化碳:可用如图4-6所示的实验装置。吸气时,打开阀门A,关闭阀门B,空气经Ⅰ瓶吸入人体内;呼气时,关闭阀门A,打开阀门B,呼出的气体经瓶Ⅱ排出。观察两瓶中的现象。Ⅰ瓶中石灰水没有明显变浑浊,Ⅱ瓶中石灰水变浑浊。证明人呼出的气体中含有较多的二氧化碳,这些二氧化碳是在人体内交换形成的。