化学传感器在中学化学中的应用
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化学传感器在中学化学的应用
今天的介绍——
传 递 理 念…… 感 受 科 技…… 器 为 我 用……
传感器发展传递的理念
中学化学实验室 试管 烧杯 瓶瓶罐罐 实验仪器停留在几十年前的水平
对于化学现象的感知也停留在
感觉的差异会带来感知的偏差
从粗略到精细，是感知提升的必然
眼观 耳听 鼻嗅 舌尝 手摸
氧气浓度 变化曲线
光强度 变化曲线
得出结论
1
蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度不 为零
2
氧气浓度可利用手持技术仪器定量 测量
改变传感器的摆放位置重复测量，
3
可以探究每根蜡烛熄灭时周围氧气
浓度是否相同。
石灰石能溶解吗？
• 导电率： 11.1
73
9.3
• 滴入酚酞：红
浅红
• 第二天红色裉去了？？？
无色
酒精灯火焰温度是外焰“最高”吗
的待测物的传相 传器过发来的展电的信程度与计算机连
关信息转换成 号,收-化集学、传存感器材接介后绍,即可 数据采集器能 储数据,是整 利用实验数
够识别和分析 个系统的“神 据处理软件
的电信号,并 经中枢”,它 进行数据处
传送到数据采 是传感技术的 理。
集器中。
核心
传感器
数据采集器
终端设备 相应软件
最新的产品 数据采集器
电池，压强对NO2 ) • 化学知识的理解(醋酸的电离,石头的溶解) • 促进教师的专业发展 • 化学试题研究 • 学习方式的创新(研究性学习、科技创新) • 认知方式的提升(四重表征)
教学模式的转变
• POE教学策略即“预测——观察——解释”策略 （Predict——Observe——Explain），是在“观 察渗透理论”哲学观念和建构主义、前概念、概 念转变等教育理论基础上提出的一种新型演示策 略
POE教学策略
预测 观察 解释
二氧化碳灭火实验
31 二氧化碳灭火实验做了30年 32 “数字化手持技术实验”12年之路 3 实验创新——永恒的话题
2010版教材实验：《二氧化碳和一氧化碳》
——九年级《化学》上册（人教版）第六单元课题3
传统的改进方法
3、二氧化碳加入装置的改进
参考文献：夏友林，二氧化碳有关性质实验的改进和补充.实验教学与仪 器，1997(6). 高玉兰，二氧化碳灭火实验装置.实验教学与仪器，1996(1).
心随所动 器为我用，期待您的尝试…
谢谢各位……
电导率仪
强电解质和弱电解质 离子反应 条件对乙酸乙酯水解反应速率的影响 水体污染状况的检测 CO2与澄清石灰水反应 氯气与水的反应
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
压强传感器
催化剂对化学反应速率的影响 各种喷泉形成过程中压强的变化 测定物质的相对分子质量 强电解质与弱电解质
案例：压强对于化学平衡的影响
曲线表征试题对学生能力的新要求：
1、分析曲线、处理数据的能力 2、归纳概括信息的能力 3、总结宏观现象与微观粒子关系的能力
考查方式与内容
化学反应 与能量
化学反应 速率与化
学平衡
酸碱滴定
高考题
考查 热点
考查 方向
分析图像 获取信息
分析信息 作出图像
手持技术在化学教学中的促进作用
• 教学模式的创新(POE模式-冰醋酸的电离) • 化学知识的更新(酒精灯火焰、CO2灭火、原
化学试题研究
应用pH传感器的化学试题命制 —制取CO2后的残液中滴加碳酸钠后pH变化
（2010苏州中考化学）“块状石灰石和适量稀 盐酸反应至气泡逸出不明显后，测得其残留液 pH等于2。此时取适量反应后溶液，逐滴滴入碳 酸钠溶液，并用pH数字探测仪连续监测，得曲 线如下[pH为纵坐标，时间s（秒）为横坐标]： ①写出AB段内有关化学方程式 ②写出BC “ 平台”段化学方程式 。③CD段上升的原因 是： 。
化学试题研究
应用温度和pH传感器的化学试题命制
（2011年安徽13题）“常温下，将1.000 mol·L1 盐酸滴入20. 00 mL 1.000 mol·L-1 氨水中， 溶液pH和温度随加入盐酸体积变化曲线如右图 所示。下列有关说法正确的是
A．a点由水电离出的 c (H+) = 1.0×10-14 mol·L-1 B．b点：c (NH4+) + c (NH3·H2O ) = c (Cl-) C．c点：c (Cl-) = c (NH4+) D．d点后，溶液温度略下降的主要原因是NH3·H2O电 离吸热
问题1、蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度是否为零？ 问题2、如何证明蜡烛熄灭时周围是否有氧气？ 问题3、每支蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度是
否一样？
二氧化碳灭火实验的科学探究
宏观现象
测量什么 数据
传感器的 摆放位置
蜡烛由下至 上逐根熄灭
氧气浓度
氧气 传感器
亮度
光强度 传感器
• 手持技术二氧化碳灭火实验
结果分析
课堂wk.baidu.com学
应用压强传感器的《碳酸钠与碳酸氢钠》 的课堂实验设计
对比碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的差异
碳酸钠
课堂教学
对比碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的差异
CO32- + H+ = HCO3-
HCO3- + H+ =H2 O +CO2
创新实验开发
应用氧气浓度传感器的《铝空气电池的 设计制作与探究》 创新实验设计
传感器应用实例
我的应用实例……
课堂教学
化学 教师 的工 作
创新实验开发 化学试题研究
科研论文撰写
宏观 宏观 微观
四三重重 表表征征
符号
微观
符号
曲线
高考链接
• 高中新课程标准要求：
（1）能通过化学实验收集有关数据，并科 学地加以处理，能对实验现象做出合理的解 释。
（2）在化学学习中，学会运用观察、实验、 查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、 分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。
传统的改进方法
• 优点：
保证蜡烛从底部向上 逐渐熄灭，使现象更
加明显。
参考文献：王锦化，二氧化碳性质实验的改进.实验与教具改革，1997(6)
传统改进方法的缺点
1
局限于玻璃仪器装置的改进
2
着重宏观现象的讲解，缺乏利用 定量数据探讨实验的创新
3
难于解决新课程关注的下列问题
二氧化碳灭火实验中的问题
该题由这样一个手持实验改编而来
向氨水中逐滴加入盐酸
传 递 理 念…… 感 受 科 技……
用 器 为 我 ……
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
温度传感器
酒精灯火焰温度 中和热 盖斯定律 吸热反应和放热反应 温度对化学反应速率的影响 石油的分馏
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
添加了显示 终端和数据 处理软件
Vernier公司开的 新产品LabQuest
常见化学传感器
pH传感器 温度传感器 导电率传感器 气压传感器
常见化学传感器
色度计 浊度计 电流传感器 电压传感器 滴数计 CO2浓度传感器 O2浓度传感器 各种离子传感器 (Ca2+ 、NH4+、Cl- 、NO3……)
传感器应运而生……
人的感官与传感器的比较
的来 刺自 激外
界
五种感官 传感器
大脑 计算机
• 数字温度计 • pH计 • 电导率计 • 分光光度计
• ………….. • 等传感器
传感技术
改变化学实验所包含的科学技术含量 增加化学实验的时代气息 推动中学化学实验现代化、定量化的
进程
感 将“感触”到 接受从传感器 数据采集器
2NO2
N2O4
当增大压强后，化学反应向哪个方向移动？
回答： 向正反应移动，即向气体体积减小的方向移动。
`
• 手持技术探究压强对化学平衡的影响
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
pH传感器
溶液的pH的测量 酸碱中和滴定曲线的绘制 食醋总酸量的测定 温度对水解、电离平衡的影响 酸碱指示剂变色范围的测定 有机反应类型的判断 雨水及河水的pH值测定
今天的介绍——
传 递 理 念…… 感 受 科 技…… 器 为 我 用……
传感器发展传递的理念
中学化学实验室 试管 烧杯 瓶瓶罐罐 实验仪器停留在几十年前的水平
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感觉的差异会带来感知的偏差
从粗略到精细，是感知提升的必然
眼观 耳听 鼻嗅 舌尝 手摸
氧气浓度 变化曲线
光强度 变化曲线
得出结论
1
蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度不 为零
2
氧气浓度可利用手持技术仪器定量 测量
改变传感器的摆放位置重复测量，
3
可以探究每根蜡烛熄灭时周围氧气
浓度是否相同。
石灰石能溶解吗？
• 导电率： 11.1
73
9.3
• 滴入酚酞：红
浅红
• 第二天红色裉去了？？？
无色
酒精灯火焰温度是外焰“最高”吗
的待测物的传相 传器过发来的展电的信程度与计算机连
关信息转换成 号,收-化集学、传存感器材接介后绍,即可 数据采集器能 储数据,是整 利用实验数
够识别和分析 个系统的“神 据处理软件
的电信号,并 经中枢”,它 进行数据处
传送到数据采 是传感技术的 理。
集器中。
核心
传感器
数据采集器
终端设备 相应软件
最新的产品 数据采集器
电池，压强对NO2 ) • 化学知识的理解(醋酸的电离,石头的溶解) • 促进教师的专业发展 • 化学试题研究 • 学习方式的创新(研究性学习、科技创新) • 认知方式的提升(四重表征)
教学模式的转变
• POE教学策略即“预测——观察——解释”策略 （Predict——Observe——Explain），是在“观 察渗透理论”哲学观念和建构主义、前概念、概 念转变等教育理论基础上提出的一种新型演示策 略
POE教学策略
预测 观察 解释
二氧化碳灭火实验
31 二氧化碳灭火实验做了30年 32 “数字化手持技术实验”12年之路 3 实验创新——永恒的话题
2010版教材实验：《二氧化碳和一氧化碳》
——九年级《化学》上册（人教版）第六单元课题3
传统的改进方法
3、二氧化碳加入装置的改进
参考文献：夏友林，二氧化碳有关性质实验的改进和补充.实验教学与仪 器，1997(6). 高玉兰，二氧化碳灭火实验装置.实验教学与仪器，1996(1).
心随所动 器为我用，期待您的尝试…
谢谢各位……
电导率仪
强电解质和弱电解质 离子反应 条件对乙酸乙酯水解反应速率的影响 水体污染状况的检测 CO2与澄清石灰水反应 氯气与水的反应
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
压强传感器
催化剂对化学反应速率的影响 各种喷泉形成过程中压强的变化 测定物质的相对分子质量 强电解质与弱电解质
案例：压强对于化学平衡的影响
曲线表征试题对学生能力的新要求：
1、分析曲线、处理数据的能力 2、归纳概括信息的能力 3、总结宏观现象与微观粒子关系的能力
考查方式与内容
化学反应 与能量
化学反应 速率与化
学平衡
酸碱滴定
高考题
考查 热点
考查 方向
分析图像 获取信息
分析信息 作出图像
手持技术在化学教学中的促进作用
• 教学模式的创新(POE模式-冰醋酸的电离) • 化学知识的更新(酒精灯火焰、CO2灭火、原
化学试题研究
应用pH传感器的化学试题命制 —制取CO2后的残液中滴加碳酸钠后pH变化
（2010苏州中考化学）“块状石灰石和适量稀 盐酸反应至气泡逸出不明显后，测得其残留液 pH等于2。此时取适量反应后溶液，逐滴滴入碳 酸钠溶液，并用pH数字探测仪连续监测，得曲 线如下[pH为纵坐标，时间s（秒）为横坐标]： ①写出AB段内有关化学方程式 ②写出BC “ 平台”段化学方程式 。③CD段上升的原因 是： 。
化学试题研究
应用温度和pH传感器的化学试题命制
（2011年安徽13题）“常温下，将1.000 mol·L1 盐酸滴入20. 00 mL 1.000 mol·L-1 氨水中， 溶液pH和温度随加入盐酸体积变化曲线如右图 所示。下列有关说法正确的是
A．a点由水电离出的 c (H+) = 1.0×10-14 mol·L-1 B．b点：c (NH4+) + c (NH3·H2O ) = c (Cl-) C．c点：c (Cl-) = c (NH4+) D．d点后，溶液温度略下降的主要原因是NH3·H2O电 离吸热
问题1、蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度是否为零？ 问题2、如何证明蜡烛熄灭时周围是否有氧气？ 问题3、每支蜡烛熄灭时，周围的氧气浓度是
否一样？
二氧化碳灭火实验的科学探究
宏观现象
测量什么 数据
传感器的 摆放位置
蜡烛由下至 上逐根熄灭
氧气浓度
氧气 传感器
亮度
光强度 传感器
• 手持技术二氧化碳灭火实验
结果分析
课堂wk.baidu.com学
应用压强传感器的《碳酸钠与碳酸氢钠》 的课堂实验设计
对比碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的差异
碳酸钠
课堂教学
对比碳酸钠与碳酸氢钠与盐酸反应的差异
CO32- + H+ = HCO3-
HCO3- + H+ =H2 O +CO2
创新实验开发
应用氧气浓度传感器的《铝空气电池的 设计制作与探究》 创新实验设计
传感器应用实例
我的应用实例……
课堂教学
化学 教师 的工 作
创新实验开发 化学试题研究
科研论文撰写
宏观 宏观 微观
四三重重 表表征征
符号
微观
符号
曲线
高考链接
• 高中新课程标准要求：
（1）能通过化学实验收集有关数据，并科 学地加以处理，能对实验现象做出合理的解 释。
（2）在化学学习中，学会运用观察、实验、 查阅资料等多种手段获取信息，并运用比较、 分类、归纳、概括等方法对信息进行加工。
传统的改进方法
• 优点：
保证蜡烛从底部向上 逐渐熄灭，使现象更
加明显。
参考文献：王锦化，二氧化碳性质实验的改进.实验与教具改革，1997(6)
传统改进方法的缺点
1
局限于玻璃仪器装置的改进
2
着重宏观现象的讲解，缺乏利用 定量数据探讨实验的创新
3
难于解决新课程关注的下列问题
二氧化碳灭火实验中的问题
该题由这样一个手持实验改编而来
向氨水中逐滴加入盐酸
传 递 理 念…… 感 受 科 技……
用 器 为 我 ……
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
温度传感器
酒精灯火焰温度 中和热 盖斯定律 吸热反应和放热反应 温度对化学反应速率的影响 石油的分馏
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
添加了显示 终端和数据 处理软件
Vernier公司开的 新产品LabQuest
常见化学传感器
pH传感器 温度传感器 导电率传感器 气压传感器
常见化学传感器
色度计 浊度计 电流传感器 电压传感器 滴数计 CO2浓度传感器 O2浓度传感器 各种离子传感器 (Ca2+ 、NH4+、Cl- 、NO3……)
传感器应运而生……
人的感官与传感器的比较
的来 刺自 激外
界
五种感官 传感器
大脑 计算机
• 数字温度计 • pH计 • 电导率计 • 分光光度计
• ………….. • 等传感器
传感技术
改变化学实验所包含的科学技术含量 增加化学实验的时代气息 推动中学化学实验现代化、定量化的
进程
感 将“感触”到 接受从传感器 数据采集器
2NO2
N2O4
当增大压强后，化学反应向哪个方向移动？
回答： 向正反应移动，即向气体体积减小的方向移动。
`
• 手持技术探究压强对化学平衡的影响
无数先行者已经开发了大量 实用的中学传感器使用案例
pH传感器
溶液的pH的测量 酸碱中和滴定曲线的绘制 食醋总酸量的测定 温度对水解、电离平衡的影响 酸碱指示剂变色范围的测定 有机反应类型的判断 雨水及河水的pH值测定