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        結合數(shù)字化實驗技術改進中和熱測定實驗

        2015-05-30 10:48:04宋曙波
        中學教學參考·理科版 2015年11期
        關鍵詞:改進

        宋曙波

        [摘 要]化學實驗中的中和熱測定實驗在各版本教材中尚存在一些不足之處,而采用數(shù)字化實驗技術,通過溫度傳感器實時檢測中和反應過程中溶液溫度的變化,可使實驗更顯科學性,更具說服力。

        [關鍵詞]數(shù)字化實驗技術 溫度傳感器 中和熱測定 改進

        [中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A [文章編號] 16746058(2015)320095

        一、不同版本教材的中和熱測定實驗回顧

        1.人教版“實踐活動”

        (1)在大燒杯底部墊泡沫塑料(或紙條),使放入的小燒杯杯口與大燒杯杯口相平。然后再在大、小燒杯之間填滿碎泡沫塑料(或紙條),大燒杯上用泡沫塑料板(或硬紙板)作蓋板,在板中間開兩個小孔,正好使溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒通過,以達到保溫、隔熱、減少實驗過程中熱量損失的目的。

        (2)用一個量筒量取50mL0.50mol/L鹽酸,倒入小燒杯中,并用溫度計測量鹽酸的溫度,記為初始溫度,然后把溫度計上的酸用水沖洗干凈。

        (3)用另一量筒量取50mL0.55mol/L氫氧化鈉溶液,并用溫度計測量NaOH溶液的溫度,記為初始溫度。

        (4)把套有蓋板的溫度計和環(huán)形玻璃攪拌棒放入小燒杯的鹽酸中,并把量筒中的NaOH溶液一次倒入小燒杯(注意不要灑到外面),蓋好蓋板。用環(huán)形玻璃攪拌棒輕輕攪動溶液,并準確讀取混合溶液的最高溫度,記為終止溫度。

        (5)重復實驗步驟(2)(3)(4)三次。

        2.蘇教版“活動與探究”

        (1)用量筒量取50mL0.50mol/L鹽酸,倒入簡易量熱計中,測量并記錄鹽酸的溫度(t1)。

        (2)用另一量筒量取50mL0.50mol/L氫氧化鈉溶液,測量并記錄氫氧化鈉溶液的溫度(t2)。

        (3)將量筒中的氫氧化鈉溶液迅速倒入盛有鹽酸的簡易量熱計中,立即蓋上蓋板,用環(huán)形玻璃攪拌棒不斷攪拌,觀察溫度計的溫度變化,準確讀出并記錄反應體系的最高溫度(t3)。

        (4)假設溶液的比熱與水的比熱相等,溶液的密度與水的密度相等,忽略量熱計的比熱,根據(jù)溶液溫度升高的數(shù)值,計算中和反應的反應熱。

        3.不同教材的比較

        蘇教版和人教版呈現(xiàn)的“中和熱的測定”實驗,儀器和藥品略有不同,實驗操作基本相同。

        儀器上,蘇教版使用了“簡易量熱計”,免去了制作的麻煩,且保證了良好的隔熱保溫效果;人教版的儀器需要事先制作好,關鍵要保證墊了泡沫塑料(或紙條)之后,小燒杯杯口與大燒杯杯口要相平。

        藥品上,鹽酸濃度都是0.50mol/L,氫氧化鈉溶液的濃度略有不同。人教版使用了0.55mol/L氫氧化鈉溶液,比鹽酸稍過量,保證了酸堿充分反應。

        操作上,都是使用溫度計來測量溶液的初始溫度和終止溫度(最高溫度)。反應過程中溫度是變化的,很難準確判斷出哪個溫度是最高溫度,且由于溫度變化較小,所以會帶來讀數(shù)上較大的誤差。

        二、結合數(shù)字化實驗技術改進中和熱測定實驗

        1.試劑與儀器

        (1)實驗藥品:0.50mol/LNaOH溶液、0.50mol/LHCl溶液。

        (2)儀器:溫度傳感器、簡易量熱計、環(huán)形玻璃攪拌棒、量筒(50mL,2個)、膠頭滴管。

        溫度傳感器由溫度探針和傳感器電路構成,其溫度敏感元件置于探針的頂端,用于測量物質的溫度。量程為-20℃~+130℃,分度0.1℃。使用方法類似溫度計,使用時要讓被測物體與探針頂端充分接觸。請注意保護溫度傳感器金屬探針,不能用力拉、壓,或使其處于其他受力狀態(tài),更不能在堅硬物體表面摩擦金屬探針,勿用火焰直接對金屬探針加熱。

        2.實驗操作

        (1)用數(shù)據(jù)線連接計算機、數(shù)據(jù)采集器、溫度傳感器。如出現(xiàn)“找到新的硬件向導”窗口時,選擇“是,僅這一次”,點擊“下一步”兩次,出現(xiàn)“完成找到新硬件向導”后點擊“完成”,此時看到數(shù)據(jù)采集器有紅、藍兩個指示燈亮,即可正常使用。

        (2)雙擊桌面“DIS實驗室6.9”圖標,打開實驗軟件系統(tǒng),點擊“通用軟件”,系統(tǒng)自動識別所接入的傳感器,并顯示當前溫度值。點擊工具欄中的“計算表格”圖標,打開計算表格窗口。

        (3)用量筒量取50mL0.50mol/LNaOH溶液,將溫度傳感器探針頂端插入溶液中,選擇“手動記錄”欄中“點擊記錄”,表格中將會記錄下NaOH溶液的溫度

        (t1)。

        用洗瓶沖洗溫度傳感器金屬探針,并用濾紙吸干水分。

        (4)用量筒量取50mL0.50mol/LHCl溶液,倒入中和熱測定器(含環(huán)形攪拌棒)中,將溫度傳感器金屬探

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