利用手持技术探究浓度对化学反应速率的影响

利用手持技术探究浓度对化学反应速率的影响
发布时间：2023-05-12T07:34:57.251Z 来源：《教育学文摘》2023年3月总第437期作者：黄文静王章宁[导读] 《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出化学课程应以发展学生学科核心素养为主旨，倡导开展以化学实验为主的多种探究活动。

手持技术实验具有便携性、实时性、准确性、直观性等特点，将手持技术应用于中学化学教学中，能降低学习难度、激发学习兴趣、提高科学探究能力、发展跨学科素养。

◆黄文静广东省佛山市三水区实验中学528100；王章宁广东省佛山市三水区华侨中学528100一、问题的提出
《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出化学课程应以发展学生学科核心素养为主旨，倡导开展以化学实验为主的多种探究活动。

手持技术实验具有便携性、实时性、准确性、直观性等特点，将手持技术应用于中学化学教学中，能降低学习难度、激发学习兴趣、提高科学探究能力、发展跨学科素养。

普通实验难以探究浓度对化学反应速率的影响，运用压强传感器、分光光度计探究浓度对化学反应速率的影响，以促进学生对化学反应速率认知的深化，发展学生的科学探究能力。

二、教学设计
1.通过对过氧化氢分解速率、硫代硫酸钠与硫酸反应速率的测定，了解压强传感器、分光光度计的使用方法，感受手持技术在社会生产生活中的广泛应用。

2.通过使用手持技术实验系统、分析实验数据和图像，发展信息技术、图像分析等科学探究素养。

三、教学过程
任务1：
探究反应物浓度对化学反应速率的影响。

【学案】
探究1：
探究反应物浓度对化学反应速率的影响。

表1
【学生活动】
小组探究，完成实验报告，汇报实验结果。

任务2：
利用手持技术区分浓度相近的H2O2溶液。

【教师设疑】
刚才是浓度为5%、15%H2O2溶液分解速率的对比实验，现有两瓶分别装有5%、7%H2O2溶液的滴瓶，忘记贴标签，如何否区分出5%、7%H2O2溶液？
【学生活动】
学生尝试用之前的实验方案区分出5%、7%H2O2溶液，发现很难区分，因为这两瓶H2O2溶液浓度差别较小，冒气泡速率差不多。

【教师设疑】
浓度相近时肉眼难以看出现象的差异，如何进行区分？
【PPT播放】
探究2：
区分浓度相近的H2O2溶液。

图２
【师生点评】
教师点评、学生互评。

任务3：
观察比较浓度相近的Na2S2O3分别与H2SO4反应变浑浊的快慢。

【教师介绍】
Na2S2O3与H2SO4能发生以下反应：
Na2S2O3+H2SO4=H2SO4+SO2↑+H2O+S↓。

生成的硫会分散在溶液中，呈现出乳白色浑浊的现象。

可以通过测量出现乳白色浑浊所需的时间，比较不同浓度Na2S2O3与H2SO4的反应速率。

【PPT播放】
探究3：
测量浓度相近的Na2S2O3分别与H2SO4反应变浑浊的时间。

表3
【学生活动】
学生探究0.1mol/L Na2S2O3、0.08mol/L Na2S2O3分别与0.1mol/L H2SO4反应的速率，发现由于室温较低、反应较慢，生成的硫浓度较小，硫分散在溶液中时乳白色浑浊的现象变化不够明显，不能准确观察到“恰好出现浑浊”的时间点。

任务4：
利用手持技术比较浓度相近的Na2S2O3分别与H2SO4反应的速率。

【教师介绍】
关于H2O2分解速率，可以用手持技术测其气体压强变化的快慢；对于Na2S2O3与H2SO4的反应，也可以用手持技术测其变浑浊的快慢。

用光线照射溶液，有一部分光会被溶液中的物质吸收，只有一部分光能成功透过溶液。

Na2S2O3与H2SO4反应生成硫的量越多，液体越浑浊，能透过溶液的光就越少，则溶液吸收的光越多，吸光度越大。

可以用分光光度计这一传感器，测定溶液吸光度变化的快慢，以此比较反应速率。

【PPT播放】
探究4：
探究浓度相近的Na2S2O3与H2SO4反应的快慢。

表4
【教师探究】
运用手持技术开展探究4。

实验装置如3图。

【学生活动】
学生观察实验图像(如图4所示)，汇报所得信息，完成实验报告。

图3
图４【师生点评】教师点评、学生互评。

【教师总结】手持技术设备小巧便携，它的各种传感器比人的感知更敏感、更广泛、更准确，通过手持技术实验代替肉眼观察，可以实时测量精确的数据并自动生成直观的图像，得出更精准的实验结论、更好地理解化学概念和基本原理。

四、教学反思
通过手持技术实验，可以准确得到生成气体压强变化、出现浑浊溶液吸光度变化的实时数据，这些数据能自动转化为直观清晰的图像，便于我们比较反应物浓度不同时化学反应速率的快慢。

通过在教学中开展手持技术实验，能激发学生的学习兴趣、拓宽学生的认知面、提升学生的认知水平、提高学生分析和解决问题的能力、发展学生科学探究的学科核心素养和信息技术的跨学科核心素养。

参考文献
[1]中华人民共和国教育部普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京，人民教育出版社，2018。

[2]钱扬义等手持技术数字化化学实验教学研究：理论构建与创新实践[M].北京，科学出版社，2021。

[3]马宏佳化学数字化实验的理论与实践[M].北京，人民教育出版社，2017。

*广东省教育科研“十三五”规划 2020 年度教育科研课题“基于手持技术的高中化学研究性学习探究与实践”(批准号：2020YOJK178)资助。