利用数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线

醋酸滴定氢氧化钠
10 8 6 4 2 0 0 100 时间 （ s）
１ ０ １
化学 · 实验研究
小组总结 ： 醋酸滴定时的曲线突跃范围小 。 １． 盐酸滴定氢氧化钠滴定终点 ｐ 而醋酸 Ｈ 等 于 ７， ２． 滴定氢氧化钠滴定终点 ｐ Ｈ 约为 ９。 由曲线的变化也可 判 断 醋 酸 是 弱 酸 ， 醋酸钠水解 ３． 呈碱性 。 师： 各小组实 验 观 察 和 总 结 都 做 得 很 好 ， 下面我们 利用 ｐ Ｈ 传感器借助计算机绘制氢氧化钠分别滴定盐酸 小组观察并讨论曲线中提供的信息 。 和醋酸的曲线 ， 小组实验 ： 两个平行小组 按 照 图 １ 所 示 组 装 实 验 装 ／ 置， 上面的 注 射 滴 管 中 加 入 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ氢氧化钠溶 ／ 液， 烧杯里分别 加 入 ２ ０ｍ Ｌ ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 盐 酸、 ０． １ ０ ０ ０ ／ Ｌ 醋酸进行对比实验 。 ｍ ｏ ｌ 小组展示 ２：
时间 -pH
师： 各小组找到滴定突跃范围并解释 。 小组总结 ： 盐酸滴定碳酸钠先 反 应 生 成 碳 酸 氢 钠 ， 所以滴定 １． 。 终点 ｐ Ｈ 约为 ８ 继续滴定到终点为 氯 化 钠 ， 但是由于产生的二氧 ２． 使终点 ｐ 化碳溶解在溶液中至饱和 ， Ｈ 为酸性 。
pH 12 氢 氧 化 钠 滴 定 盐 酸 10 8 6 4 2 0 0 200 400
反应终点
pH
突 变 范 围
Ｏ
10
20
30
40 V /mL （HCl ）
通过曲线 可 知 ， 在酸碱滴定时， 选择的指 小组总结 ： 示剂变色范围在突变范围内 ， 就不会造成太大的误差 。 【 反思 】 学生通过 绘 制 曲 线 ， 熟悉 ｐ Ｈ 的计算方法和 技巧 ， 体会 “ 突跃 ” 的过程 ， 同时也发现数据点较少， 曲线 从而提出实验测定的思路 。 不平滑的缺点 ， 片断二 ： 传感技术绘制酸碱中和滴定曲线 师： 现在我们将利用 ｐ Ｈ 传感器 实时监 测 盐 酸 滴 定 氢 氧 化 钠 和 醋 酸 滴定氢氧化钠溶液过程中 ｐ Ｈ 的变化 并借助计算机绘制 ｐ 平 情况 ， Ｈ 曲线， 行两组做对 比 实 验 ， 并找出两种曲线 说明理由 。 的不同 ， 小组实验 ： 两个小组按照图１所 烧杯里加入２ 示组装实 验 装 置 ， ０ｍ Ｌ ／ 上面的 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ氢氧化钠 溶 液， ／ 注 射 滴 管 中 分 别 加 入 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ ／ 盐酸 、 进行对比实验 。 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 醋酸 ， 小组展示 １：
pH 12 10 8 6 4 2 0 0 pH 12 100 200 时间 （ s） 盐酸滴定氢氧化钠
时间 -pH
图１
小组展示 ： 滴 入 ５． ０ ０、 １ ０． ０ ０、 １ ９． ９ ５、 ２ ０． ０ ５、 ２ ２． ０ ０、 ３ ０． ０ ０ 毫升盐酸时 ， Ｈ 的计算过程 。 ｐ 师： 通过计算 ， 各小组有什么发现 ？ 小组发言 ： 在 恰 好 中 和 的 点， 少加一滴和多加一滴 而之前和之后的变化比较小 。 Ｈ 相差很大 ， ｐ 师： 很好 ， 根据 以 上 １ 请大家在坐标纸上绘 ０ 个 点， 制盐酸滴定氢氧化钠的 ｐ Ｈ 变化曲线 。 小组展示 ： 评选曲线平滑 ， 作图准确的小组 。 Ｐ Ｐ Ｔ 展示 ：
问题的提出背景 一 、 中学化学新 课 程 标 准 中 ， 明确提出“ 要在配有图形 掌上实 验 室 ） 和信息传感器的学校， 计算器或掌上电脑 （ 推广在化学实验中使用图形 计 算 器 或 掌 上 电 脑 （ 掌上实 和信息传感器 ， 并应 用 于 课 堂 教 学 中 ， 特别是应用 验室 ） 。 数字传 感 技 术 作 为 一 种 应 用 较 为 先 于研究性学习中 ” 进、 实用性强 、 便于操作 、 集数据采集与分析于一体的实 验系 统， 若 能 广 泛 应 用 于 研 究 性 实 验， 既体现新课改下 又 符 合 学 生 学 习 的 认 知 规 律。 教育思想与 理 念 的 转 变 ， 苏教版 《 化学反应原理 》 中的绘制酸碱中和滴定曲线， 恰 好可以利用这一技 术 ， 将滴定过程中 ｐ Ｈ 的变化情况借 助计算机 以 图 像 的 形 式 显 示 出 来 ， 即直接绘制滴定曲 体会 ｐ 突变 ” 范围 ， 同时 还 可 以 进 一 步 探 索 强 弱 电 线， Ｈ“ 解质滴定中和曲线的不同 。 二、 实验仪器和试剂 课堂设计 ： 分组实验 。 ６ 个小组 ， 实验器材 ： 数据 采 集 器 、 计 算 机、 磁力搅 Ｈ 传感器 、 ｐ 拌器 、 滴定管等 。 ／ ／ 试剂 ： 蒸馏水 、 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ盐酸、 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ氢 ／ ／ 氧化钠 溶 液 、 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 醋 酸、 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ碳酸钠 溶液 。 三、 课堂实录片断及反思 片断一 ： 传统绘制酸碱中和滴定曲线 师： 同学们 ， 上节课我们学习了酸碱中和滴定的方 今天我们一起来学 习 酸 碱 中 和 滴 定 的 曲 线 绘 法和实验 ， 制方法 。 请每 个 小 组 选 取 课 本 Ｐ ７ ５中的两个体积进行 计算 。 ／ ／ Ｐ Ｐ Ｔ： ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 盐酸滴定 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 氢氧化 钠溶液 ２ ０． ０ ０ｍ Ｌ 时的数据如下表所示 。
时间 （ s）
氢 氧 化 钠 滴 定 醋 酸
两次突变所用盐酸体积大约为 １∶１。 ３． 师： 那么我们选择什么样的酸碱指示剂呢 ？ 小组讨论 ： 反馈 １： 第 一 计 量 点： 此 Ｎ ａ Ｏ ｌ ＝Ｎ ａ ＨＣ Ｏ ２Ｃ ３ ＋ ＨＣ ３， 时由于碳酸氢钠水解呈现碱 性 ， 因此应该用酚酞作为指 示剂 。 反馈 ２： 第二计量点 ： Ｎ ａ Ｏ ＨＣ ｌ ＝２ Ｎ ａ Ｃ ｌ ＋Ｃ Ｏ ２Ｃ ３ ＋２ ２ 此时由 于 二 氧 化 碳 的 饱 和 溶 液 呈 现 酸 性 ， 应该 ＋Ｈ２Ｏ， 用甲基橙作为指示剂 。 反馈 ３： 从图中曲线观察到第二突跃范 围 比 较 明 显 ， 最好用甲基橙作为指示剂至反应结束 。 【 反思 】 认识酸碱滴 定 分 析 法 的 实 用 性 和 科 学 性 ； １． 通过观察曲线 ， 理解盐酸 滴 定 碳 酸 钠 溶 液 中 反 应 分 步 ２． 进行 的 特 点； 继 挖掘曲线中 ３． 续 发 挥 小 组 合 作 的 精 神 ， 的信息点 。 四、 运用数字传感技术的体会 利用数字传感技术检测酸碱中和滴定过程中 ｐ Ｈ的 不 仅 可 以 减 小 指 示 剂 种 类 和 浓 度 产 生 的 误 差， 而 变化， 且经过数据采集器和计算机 的 处 理 直 接 转 化 为 曲 线 ， 定 性和 定 量 同 时 进 行， 使 实 验 显 得 更 简 单 和 准 确， 能够让 学生更加直观地认识到突跃 范 围 的 真 实 客 观 性 ； 还可以 让学生观察到在滴 定 过 程 中 溶 液 ｐ 从量 Ｈ 的 变 化 规 律， 的角度认识化学变化的本质 ， 对酸碱中和反应的实质有 更加直观 深 刻 的 认 识 。 当 然 从 所 有 绘 制 的 曲 线 中 也 可 以看出曲线并不都是平滑的 ， 其原因可能是实验滴定过 程中 ， 溶液搅拌充分需要 一 定 的 时 间 ， 或者滴速不均匀， 而ｐ Ｈ 传感器又比较敏感等 。 这些误差反而更能够激发 学生进行思考和探究 ， 适时地 提 醒 学 生 化 学 实 验 从 定 性 到定 量， 是 对 化 学 实 验 变 化 规 律 和 反 应 本 质 的 探 究， 促 进学生的 思 维 跃 迁 。 新 颖 的 角 度 和 精 确 的 实 验 也 使 得 学生的学习兴趣进一步提升 ， 引发学生学习的主动性 。 （ 责任编辑 罗 艳 ）
小组总结 ： 两组曲线 显 示 仍 然 是 氢 氧 化 钠 滴 定 醋 酸 的 曲 线 １． 突跃范围小 。 氢氧化钠滴定盐酸终点 ｐ 而氢氧化钠 ２． Ｈ 约 为 ７， 滴定醋酸终点 ｐ Ｈ 约为 ９。 由曲线的变化也可 判 断 醋 酸 是 弱 酸 ， 醋酸钠水解 ３． 呈碱性 。 师： 指示剂选择上有不同吗 ？ 小组反馈 ： 强 酸 强 碱 间 的 滴 定， 可以用甲基橙和酚 酞， 但是弱酸强碱间的滴定应该选择酚酞 （ 变色范围为８ ） 。 ０ ～１ 【 反思 】 通过计算机绘制曲线认识到滴定过程中 １． 突变 ” 是 客 观 存 在 的； 通 过 曲 线 观 察， 发现滴定终 的“ ２． 但是引起的实验误差并不 点与计量 点 并 不 完 全 一 致 ， 大， 可以保证 酸 碱 中 和 滴 定 分 析 的 科 学 性 和 准 确 性 ； ３． 通过 对 比 实 验 和 观 察 曲 线， 发 现 强、 弱电解质在滴定时 间、 起始点 、 突跃范围 、 滴定终 点 的 ｐ 指示剂的选择等 Ｈ、 进一步体会弱电解质 的 电 离 平 衡 和 盐 类 水 解 的 的不同 ， 原理 。 片断三 ： 传感技术探究盐酸滴定碳酸钠溶液滴定曲线 师： 选择哪种试剂来测定未知碳酸钠溶液的浓度 ？ １ ． 预测利用传感技术绘制的曲线可能有什么不同 ？ ２． 小组讨论 、 发言 ： 用盐 酸 滴 定 碳 酸 钠 溶 液 测 定 浓 度 ， 曲线的突跃有可能有两个 ： Ｎ ａ Ｏ ｌ ＝Ｎ ａ ＨＣ Ｏ ａ Ｃ ｌ ２Ｃ ３ ＋ＨＣ ３ ＋Ｎ Ｎ ａ Ｏ ＨＣ ｌ ＝２ Ｎ ａ Ｃ ｌ ＋Ｃ Ｏ ２Ｃ ３ ＋２ ２ ＋Ｈ ２Ｏ 小组实验 ： 按照 图 １ 所 示 组 装 实 验 装 置， 上面的注 ／ 射滴管中加 入 ０． 烧 杯 里 加 入 ０． １ ０ ０ ０ｍ ｏ ｌ Ｌ 盐 酸， １ ０ ０ ０ ／ ｍ ｏ ｌ Ｌ 碳酸钠溶液进行实验 。
中学教学参考 ２ ０ １ ５ 年 ９ 月 总第 ２ ４ ２期
化学 · 实验研究

利用数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
） 江苏连云港海州高级中学 （ ２ ２ ２ ０ ２ ３ 宗国平
［ ， 摘 要］ 利用 ｐ 可感受滴定过程中的“ 突 变” 体会强弱电解质滴定曲线的不同， 并 Ｈ 数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线 ， 学会利用现代数字化技术进行探究 。 ［ 关键词 ］ 数字传感技术 酸碱中和滴定 曲线 ［ （ ） 中图分类号 ］ 文献标识码 ］ 文章编号 ］ ６ ３ ３． ８ ［ ６ ７ ４ ６ ０ ５ ８ ２ ０ １ ５ ２ ６ ０ １ ０ １ Ｇ Ａ ［ １ － －
V （ HCl）/mL 0.00 5.00 10.00 15.00 19.00 19.95 20.00 20.05 22.00 30.00 pH 13 12.78 12.52 12.15 11.41 10.70 7.00 3.90 2.32 1.70
pH 13 12 10 8 6 4 2
盐酸滴定氢氧化钠
１ ０ ２
pH 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200
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中学教学参考 ２ ０ １ ５ 年 ９ 月 总第 ２ ４ ２期

小组展示 ：
pH 12 10 8 6 4 2 0 0 100 200 时间 （ s）