江蘇省連云港外國語學(xué)校(222006) 辛洪軍 ●

數(shù)字傳感器應(yīng)用于酸堿中和滴定的反思與創(chuàng)新

江蘇省連云港外國語學(xué)校(222006) 辛洪軍 ●

研究數(shù)學(xué)傳感器應(yīng)用于酸堿中和滴定的方法．

傳感器;中和滴定;化學(xué)

酸堿中和滴定是高中化學(xué)的三個(gè)定量實(shí)驗(yàn)之一，是實(shí)現(xiàn)課程標(biāo)準(zhǔn)中“體會(huì)定量研究的方法對(duì)研究和學(xué)習(xí)化學(xué)的作用”要求的重要載體．人教版、蘇教版、魯教版三種現(xiàn)行教材都安排了“活動(dòng)與探究”環(huán)節(jié)，凸顯了酸堿中和滴定的重要性．

一、數(shù)字傳感器應(yīng)用反思

1．?dāng)?shù)字傳感器應(yīng)用步驟

(1)通過pH適配器，將pH傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，并將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連．

(2)啟動(dòng)磁力攪拌器，開始數(shù)據(jù)采集．待測(cè)得的數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，用 0．1000mol/L NaOH 滴定 20．00mL 0．1000 mol/L HCl溶液．

(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，停止數(shù)據(jù)采集．保存實(shí)驗(yàn)結(jié)果，即得到滴定曲線．

2．?dāng)?shù)字傳感器應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

運(yùn)用數(shù)字傳感器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是明顯的:“可以減小指示劑種類和濃度產(chǎn)生的誤差，而且經(jīng)過數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)的處理直接轉(zhuǎn)化為曲線，定性和定量同時(shí)進(jìn)行，使實(shí)驗(yàn)顯得更簡單和準(zhǔn)確，能夠讓學(xué)生更加直觀地認(rèn)識(shí)到突躍范圍的真實(shí)客觀性．”

3．?dāng)?shù)字傳感器應(yīng)用存在問題

一是“我是誰”的問題．利用數(shù)字傳感技術(shù)很容易得到突變曲線，這是什么曲線?是實(shí)驗(yàn)曲線，而非理論曲線．理論曲線的廬山真面目何在?

二是“我從哪里來”的問題．實(shí)驗(yàn)操作中會(huì)存在這樣那樣的誤差甚至是錯(cuò)誤，這些誤差、錯(cuò)誤是如何產(chǎn)生的?

三是“我到哪里去”的問題．教材設(shè)置這個(gè)實(shí)踐活動(dòng)僅僅是為了得到突變曲線嗎?顯然不是，如何應(yīng)用突變曲線來幫助學(xué)生理解難點(diǎn)、突破難點(diǎn)呢?

二、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方法

如何讓理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，如何讓現(xiàn)實(shí)與理想交融?本人通過實(shí)踐與研究，借用EXCEL圖表向?qū)Чδ埽幹葡嚓P(guān)程序，動(dòng)態(tài)繪制中和滴定突變曲線，得到對(duì)比曲線，并以此為憑，展開探究，較好的解決了問題．

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)內(nèi)容

1．教師指導(dǎo)學(xué)生分組開展實(shí)驗(yàn)

按照檢漏、洗滌 、潤洗 、裝液、調(diào)零、讀數(shù)的步驟進(jìn)行．將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入到EXCEL電子表格中．

2．動(dòng)態(tài)繪制pH突變曲線

運(yùn)用剪貼板將實(shí)驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)依次粘貼到設(shè)置好的表格中，這樣就可使pH突變曲線動(dòng)態(tài)展示出來(見圖1)．

3．動(dòng)態(tài)計(jì)算pH理論值

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確呢?這就需要檢驗(yàn)．讓學(xué)生分組計(jì)算理論的pH，將結(jié)果與程序計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比．鍛煉學(xué)生的計(jì)算能力，為誤差分析做好準(zhǔn)備．

4．繪制pH突變對(duì)比曲線

運(yùn)用剪貼板將理論數(shù)值依次粘貼到設(shè)置好的表格中，獲得理論突變曲線．兩個(gè)突變曲線展示在同一幅圖中，形成pH突變對(duì)比曲線(見圖2)．

5．?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用

(1)誤差分析

測(cè)定曲線與理論曲線并不吻合，教師可以引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑探討其產(chǎn)生的原因．

(2)指示劑選擇

既然是根據(jù)指示劑的變色來判斷滴定終點(diǎn)，那就要求指示劑的變色范圍盡可能與中和終點(diǎn)的pH一致．酚酞的變色范圍是8．2～10，甲基橙的變色范圍是3．1～4．4，都不是恰好在7時(shí)變色，為什么還用它們作指示劑呢?

通過數(shù)據(jù)曲線可以發(fā)現(xiàn)，少滴一滴時(shí)pH為3．90(見圖3)，多滴一滴時(shí)pH為10．10(見圖4)．所以用酚酞或甲基橙作指示劑雖然是存在誤差的，也僅是一滴或半滴的問題，在實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍一內(nèi)．

(3)終點(diǎn)辨析

中和終點(diǎn)是指參加反應(yīng)的酸提供的氫離子的物質(zhì)的量等于參加反應(yīng)的堿提供的氫氧根離子的物質(zhì)的量．中和終點(diǎn)是無法直接觀察到的，是客觀的、理想的．

實(shí)驗(yàn)時(shí)指示劑的變色點(diǎn)，是實(shí)驗(yàn)終止時(shí)的計(jì)量點(diǎn)，稱作滴定終點(diǎn)．滴定終點(diǎn)是可以觀察到的，是主觀的、現(xiàn)實(shí)的．

四、改進(jìn)優(yōu)點(diǎn)

1．現(xiàn)實(shí)與理想碰撞，點(diǎn)燃思維火花

案例中多有繪制測(cè)定pH突變曲線，未見繪制理論pH突變曲線．而理論突變曲線的繪制是本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的亮點(diǎn)．它讓理想照進(jìn)現(xiàn)實(shí)，現(xiàn)實(shí)與理想碰撞，激發(fā)求知欲望、點(diǎn)燃思維火花．

2．方法與理念創(chuàng)新，突破教學(xué)難點(diǎn)

態(tài)繪制的突變曲線，并依據(jù)突變曲線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，難點(diǎn)突破指示劑選擇、一目了然終點(diǎn)辨析、拓展延伸誤差分析等，使難點(diǎn)得到輕松解決!

方法與理念創(chuàng)新契合了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)、學(xué)生的實(shí)際以及學(xué)校的教學(xué)條件，成功突破了教學(xué)難點(diǎn)．適用性強(qiáng)，是本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)新的重點(diǎn)．

3．技術(shù)與課程融合，拓展學(xué)生視野

學(xué)生熟悉的信息技術(shù)與化學(xué)教學(xué)無縫銜接，是本實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新的特點(diǎn)．利用EXCEL圖表向?qū)ЮL制曲線圖，在高一數(shù)學(xué)教材中已有介紹，并且和高中階段的信息技術(shù)課程相聯(lián)系．讓學(xué)生感受學(xué)科知識(shí)的廣度、感知學(xué)科之間的聯(lián)系，開闊學(xué)生的視野．

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