文 周梅華 李德前

測定醫(yī)用雙氧水濃度實驗方案設計及優(yōu)化

文 周梅華 李德前

為測定醫(yī)用雙氧水中過氧化氫的濃度，筆者設計了幾套實驗方案；并通過逐步優(yōu)化，培養(yǎng)學生的思維能力和操作技能，繼而提升實驗教學的有效性。過氧化氫溶液俗稱雙氧水，是初中化學常用的試劑，也是常用的醫(yī)用消毒劑；也是一種不穩(wěn)定的物質，隨著放置時間的延長會逐漸分解，導致濃度下降。為了深化對溶質質量分數概念的理解，提升學生的化學實驗技能，培養(yǎng)他們學以致用的能力，筆者在教學中設計了“測定醫(yī)用雙氧水濃度”的實驗；通過對3種實驗方案的逐步完善和優(yōu)化，最終探究出適合學生實驗的微型裝置。

一、實驗原理

根據溶質質量分數的概念，不難寫出測定醫(yī)用雙氧水中過氧化氫濃度的數學表達式。

由公式可知，需要測定的數據是溶液質量（雙氧水質量）及相應溶液中溶質質量（過氧化氫質量）。其中，溶液的質量既可以直接稱質量，也可以量出體積后根據密度公式算出質量；溶質過氧化氫的質量一般通過其分解產物氧氣的量來推算，氧氣的量既可以測其質量，也可以測其體積。

二、設計實驗方案

1.方案Ⅰ

通過測定氧氣的質量來計算過氧化氫的質量，實驗裝置如圖1所示。

圖1 通過質量差測定氧氣質量

（1）測定氧氣的質量

根據質量守恒定律可知，反應前后總質量的差值就是反應放出的氧氣質量。

（2）確定實驗用品

根據托盤天平的感量（精確到0.1g），并兼顧計算的方便，生成氧氣的量可以預設為0.8 g左右，則過氧化氫的質量約為1.7 g；再根據醫(yī)用雙氧水濃度（約為3%）和密度（約為1.0 g/mL）可知，雙氧水的體積至少為56.7 mL，所以燒杯的規(guī)格可選用100 mL的。為了便于控制反應的進行，可以將催化劑二氧化錳放在小試管內。

本實驗的用品是：200 g托盤天平、100 mL燒杯、小試管、藥匙等，適量的雙氧水、二氧化錳等。

（3）實驗操作

①先稱量100 mL燒杯的質量，為53.7 g。加砝碼撥游碼到113.7 g，往燒杯內加入雙氧水直到天平平衡，則雙氧水質量為60 g。

②小試管內放入一定量的二氧化錳（不要讓二氧化錳沾在試管外壁，防止稱量總質量前就發(fā)生反應），然后小心地把小試管管口向上斜靠在盛有雙氧水的燒杯內壁，稱量反應前總質量（這樣便于一次稱出總質量，小試管壁外側黏附的溶液不影響總質量，因為反應后小試管依然放在溶液內稱量）。

③小心地把小試管內的二氧化錳倒入燒杯內，振蕩燒杯，使反應充分，繼續(xù)把小試管放入燒杯內，稱量反應后總質量，差值則為氧氣質量。

（4）實驗的優(yōu)缺點

優(yōu)點：直接根據差量來測定氧氣的質量，操作比較簡單。

缺點：托盤天平精確到0.1 g，所以用藥量比較大，反應的時間長，且不能保證雙氧水全部分解。另外，該反應放出較多熱量，使水蒸氣逸出多，誤差很大。

2.方案Ⅱ

通過測定氧氣體積來計算過氧化氫的質量，實驗裝置如圖2所示。

圖2 直接測定氧氣體積

（1）測定氧氣的體積

根據已有的經驗，可以選用量筒和廣口瓶組裝成量氣裝置［1］，以量取氧氣的體積。

（2）確定實驗用品

根據氧氣的密度為1.429 g/L，如果要收集的氧氣量為50 mL，則氧氣質量為0.071 45 g，則過氧化氫質量為0.16 g，進而可知3%的雙氧水質量為5.3 g；由于此雙氧水密度可看作為1.0 g/cm3，所以直接量取雙氧水體積5.3 mL。

實驗用品是250 mL錐形瓶、150 mL廣口瓶、100 mL量筒、分液漏斗、雙孔橡皮塞及膠皮管等，適量的雙氧水、二氧化錳等。

（3）實驗操作

①把分液漏斗和錐形瓶相連，檢查裝置氣密性。

②廣口瓶中裝滿水，然后把上述裝置按照圖2連接起來。

③在錐形瓶中加入二氧化錳，分液漏斗中加入雙氧水，打開活塞，雙氧水進入錐形瓶反應，隨即氣體進入廣口瓶，把水壓入量筒。

（4）實驗的優(yōu)缺點

優(yōu)點：直接量取氧氣的體積，方便直觀。

缺點：由于少量的雙氧水生成氧氣的體積也是可觀的，所以廣口瓶內排出的水既快且多，學生不易控制，且該裝置誤差也較大。

3.方案Ⅲ

由于裝置1、裝置2需要的實驗藥品多，誤差也比較大，因此從綠色化學角度考慮，利用注射器和小藥瓶組合的微型實驗測定氧氣的體積，實驗裝置如圖3所示。

圖3 測定氧氣體積的微型裝置

（1）測定雙氧水和氧氣的體積

使用注射器直接量取一定體積的雙氧水并且測定生成的氧氣體積。

（2）確定實驗用品

本實驗采用了規(guī)格是30 mL的注射器，產生氧氣體積需控制在這量程內，可以取中間值約20 mL。據此可知，雙氧水約需2 mL。

實驗用品是青霉素小藥瓶（帶有膠皮蓋）、30 mL注射器、長短合適的膠皮管等，適量的雙氧水、二氧化錳等。

（3）實驗操作

①將上述儀器按圖3連接，先檢查裝置氣密性：將注射器活塞往后拉，膠皮管變癟，松開手后，活塞則慢慢回到原處，說明氣密性好。

②小藥瓶中裝入少量二氧化錳，用注射器吸取雙氧水2 mL，膠皮管連接注射器，然后把雙氧水注入小藥瓶中，反復推（目的是使雙氧水充分分解），最后讀出氣體的體積數。

（4）實驗數據的處理

量取2 mL醫(yī)用雙氧水（相當于2 g雙氧水），氧氣體積實際測得為21 mL，則氧氣質量為0.03g，根據方程式計算得出過氧化氫質量為0.063 8 g，則根據公式計算：

ω（H2O2）=0.0638g/2g×100%=3.19%

由于測定的醫(yī)用雙氧水標簽標示為3%左右，按照實驗測定為3.19%，所以該醫(yī)用雙氧水符合標示。

（5）實驗優(yōu)點

①實驗操作簡便，利于學生實驗；

②微型化實驗，藥品取用少，節(jié)約資源；

③在密閉體系內做實驗，誤差小，環(huán)保；

④利用廢棄物小藥瓶做實驗，變廢為寶。

三、結束語

該實驗方案不僅適用于測定醫(yī)用雙氧水的濃度，同樣也適用于能夠固-液反應產生氣體的實驗，不僅能測定氣體的體積，也能測定反應的溶液濃度，具有一定的實用性和推廣性?；瘜W教學的核心在于觀念的教學［2］，用所學知識設計實驗解決問題正是化學科學價值觀的體現。

［1］鞏慶凱，胡貴和.測量氣體體積的方法［J］.中學化學教學參考，2012（11）:36.

［2］盧巍.對化學基本觀念及“觀念建構”教學的認識［J］.當代教育科學，2010（18）:62-64.

作者信息

周梅華，本科，中教高級。常熟市外國語初級中學，215500

李德前，本科，中教特級。徐州市西苑中學，221006