魏建春
(湖南省郴州市第二中學(xué),湖南 郴州)
學(xué)科:高中化學(xué)。教材版本:人民教育出版社。適應(yīng)對象:高二年級理科傾向?qū)W生。
在學(xué)習(xí)高中化學(xué)《選修4化學(xué)反應(yīng)原理》第48-51頁時,用酸堿滴定方法測定待測溶液的濃度,有同學(xué)提出質(zhì)疑:強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸),理論反應(yīng)終點(diǎn)都是pH=7,而酸堿指示劑的變色范圍(pH)[酚酞8.2-10;甲基橙3.1-4.4],如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點(diǎn)pH肯定不等于7,讀出此時V(標(biāo)準(zhǔn)),再計(jì)算出c(待測),是不是存在很大的誤差?
(一)讓學(xué)生了解數(shù)字化系統(tǒng)繪制酸堿滴定曲線的方法
(二)讓學(xué)生掌握利用酸堿滴定曲線探究酸堿反應(yīng)中pH的變化特點(diǎn)
(三)培養(yǎng)學(xué)生能從問題出發(fā),設(shè)計(jì)探究方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的能力
探究用酚酞和甲基橙來指示滴定終點(diǎn),由此來計(jì)算c(待測),是不是存在很大的誤差問題。
探究用酚酞和甲基橙來指示滴定終點(diǎn),由此來計(jì)算c(待測),是不是存在很大的誤差問題。
發(fā)現(xiàn)問題,探究問題,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、操作、演示與講解。
(一)提出問題
學(xué)生1:老師,我在學(xué)習(xí)酸堿滴定方法測定待測溶液的濃度時有一個疑問:強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸),理論反應(yīng)終點(diǎn)都是pH=7,而酸堿指示劑的變色范圍(pH)[酚酞8.2-10;甲基橙3.1-4.4],如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點(diǎn)pH肯定不等于7,讀出此時V(標(biāo)準(zhǔn)),再計(jì)算出c(待測),是不是存在很大的誤差?
學(xué)生2:我覺得這不是問題,我們只要通過實(shí)驗(yàn)得到數(shù)據(jù),作出酸堿滴定曲線就會很容易分析出來。
學(xué)生3:我覺得能得到數(shù)據(jù)和曲線確實(shí)能解決問題,但是我們上一節(jié)課學(xué)習(xí)了實(shí)驗(yàn)測定酸堿滴定曲線太麻煩了,如果有更好的途徑得到數(shù)據(jù)和曲線就好了!
老師:確實(shí)有更好的途徑,我們學(xué)校的探究實(shí)驗(yàn)室就能實(shí)現(xiàn),讓我們一起走進(jìn)探究實(shí)驗(yàn)室。
(二)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn):利用數(shù)字化系統(tǒng)繪制酸堿滴定曲線
1.實(shí)驗(yàn)原理
利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)時采集酸堿滴定過程中滴加酸(或堿)的體積,反應(yīng)溶液pH,然后設(shè)體積為橫坐標(biāo),pH為縱坐標(biāo),借助計(jì)算機(jī)及Lab-studio繪出pH隨體積變化的曲線。
2.實(shí)驗(yàn)用品
0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液、50.00mL酸式滴定管、50.00mL堿式滴定管、滴定管夾、鐵架臺、250毫升燒杯、磁力攪拌器(帶磁子)、pH傳感器、滴定計(jì)數(shù)器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)和Lab-studio軟件。
3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
(1)用pH傳感器取代了傳統(tǒng)的pH計(jì)算。
(2)用滴定計(jì)數(shù)器測量下滴溶液的體積。
(3)用磁力攪拌器的攪拌子攪拌溶液替代我們的右手搖動,用燒杯替代錐形瓶。
(4)用計(jì)算機(jī)及Lab-studio替代我們傳統(tǒng)的繪圖工具,直觀繪出酸堿滴定曲線。
4.實(shí)驗(yàn)操作步驟
(1)儀器組裝
①由下到上裝好儀器:磁力攪拌器、250毫升燒杯、pH傳感器,滴定計(jì)數(shù)器,酸式滴定管和堿式滴定管(已經(jīng)裝好0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液,并調(diào)整至零刻度)。
②把pH傳感器、滴定計(jì)數(shù)器連接到數(shù)據(jù)采集器上,把數(shù)據(jù)采集器連上計(jì)算機(jī)。
(2)藥品取用
從堿式滴定管取20.00mL0.1000mol/LNaOH溶液于干燥的燒杯中,滴2滴酚酞,放入磁力攪拌器的攪拌子。
(3)軟件設(shè)置
①打開Lab-studio軟件,點(diǎn)擊【實(shí)驗(yàn)設(shè)置】,點(diǎn)擊【添加欄】,改名稱為體積,單位設(shè)為mL,點(diǎn)擊【類型】,選擇【計(jì)算欄】并設(shè)置【計(jì)算式】為滴數(shù)*0.047。
②點(diǎn)擊【繪圖及分析】【繪圖設(shè)置】,設(shè)置橫軸為體積(mL),縱軸為pH。
(4)開始滴定
①打開磁力攪拌器,調(diào)整攪拌速度,點(diǎn)擊【開始采集】,擰開酸式滴定管活塞向燒杯中滴加0.1000mol/LHCl溶液,調(diào)整下滴速度(2~3 滴/s)。
②觀察Lab-studio中數(shù)據(jù)的采集,滴定曲線的形成以及燒杯內(nèi)顏色的變化。
(5)實(shí)驗(yàn)結(jié)束
點(diǎn)擊【停止采集】,關(guān)閉酸式滴定管活塞,關(guān)閉磁力攪拌器。
老師:下面根據(jù)計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)和圖像,我們來分析用酚酞和甲基橙做指示劑來指示終點(diǎn),所計(jì)算出c(待測),是不是存在很大的誤差?我們先來看酚酞做指示劑的情況。
(三)分析數(shù)據(jù)圖像1.酚酞作指示劑
老師:大家從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)和圖像,你能發(fā)現(xiàn)什么?
學(xué)生:從上圖可以看出當(dāng)pH降到7.83時,溶液由紅色變無色,即為滴定終點(diǎn)。
老師:為什么pH降到7.83時,溶液由淺紅色變無色。
學(xué)生:因?yàn)榉犹淖兩秶╬H)為8.2-10.0,pH大于8.2時溶液為淺紅,只有低于8.2才會變無色。
老師:那么此時滴加HCl溶液體積為多少?
學(xué)生:19.96mL。
老師:大家計(jì)算一下此時NaOH溶液濃度,我請一個同學(xué)到黑板上來運(yùn)算。
2.甲基橙作指示劑
老師:大家從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)和圖像,你能發(fā)現(xiàn)什么?
學(xué)生:從上圖可以看出當(dāng)pH降到4.38時,溶液由黃色變橙色,即為滴定終點(diǎn)。
老師:為什么pH降到4.38時,溶液由黃色變橙色。
學(xué)生:因?yàn)榉犹淖兩秶╬H)為3.1-4.4,pH大于4.4時溶液為黃色,pH只有低于4.4才會變橙色。
老師:那此時滴加HCl溶液體積為多少?
學(xué)生:20.08mL。
老師:大家計(jì)算一下此時NaOH溶液濃度,我請一個同學(xué)到黑板上來運(yùn)算
3.誤差分析
①理論滴定終點(diǎn)
②酚酞指示的滴定終點(diǎn)
③甲基橙指示的滴定終點(diǎn)
(四)得出結(jié)論
在強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸)實(shí)驗(yàn)中,選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點(diǎn),雖然指示的終點(diǎn)不是pH=7,但是讀出此時V(標(biāo)準(zhǔn))與實(shí)際的V(標(biāo)準(zhǔn))相差很小,再由此計(jì)算出的待測溶液濃度誤差很小,都在允許范圍內(nèi)。所以強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸)實(shí)驗(yàn)中,選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點(diǎn)是沒有問題的,同學(xué)們以后可以放心選用。
(一)提出問題
強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸),理論反應(yīng)終點(diǎn)都是pH=7,而酸堿指示劑的變色范圍(pH)[酚酞8.2-10;甲基橙3.1-4.4],如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點(diǎn)pH肯定不等于7,讀出此時V(標(biāo)準(zhǔn)),再計(jì)算出c(待測),是不是存在很大的誤差?
(二)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)
利用數(shù)字化系統(tǒng)繪制酸堿滴定曲線,同時輸出實(shí)時數(shù)據(jù)。
(三)分析數(shù)據(jù)圖像
根據(jù)輸出的數(shù)據(jù)和圖像,分析用酚酞和甲基橙做指示劑指示的終點(diǎn),讀出此終點(diǎn)的V(標(biāo)準(zhǔn)),計(jì)算此時c(待測)濃度,再進(jìn)行誤差分析。
(四)得出結(jié)論
在強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸)實(shí)驗(yàn)中,選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點(diǎn),雖然指示的終點(diǎn)不是pH=7,但是讀出此時V(標(biāo)準(zhǔn))與實(shí)際的V(標(biāo)準(zhǔn))相差很小,再由此計(jì)算出的待測溶液濃度誤差很小,都在允許范圍內(nèi)。所以強(qiáng)酸(堿)滴定強(qiáng)堿(酸)實(shí)驗(yàn)中,選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點(diǎn)是沒有問題的,同學(xué)們以后可以放心選用。
見本微課的《微習(xí)題》
提出一點(diǎn)期望:在以后的化學(xué)學(xué)習(xí)中,面對“異?!爆F(xiàn)象敢于提出自己的見解,積極設(shè)計(jì)自己的探究方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究,然后通過數(shù)據(jù)分析推理加以證實(shí)或證偽。