色度计传感器在日常教学中的应用实例.

色度计传感器在日常教学中的应用实例佘平平北京市第二中学

调节旋钮

橡胶盖

比色皿

滤波片 光源

光电二 极管

透射光

（I ） 入射光（I 0） 色度计传感器在日常教学中的应用实例

佘平平 北京市第二中学 100010

摘要： 色度计传感器是手持技术中的一种。它是通过检测溶液透光度来测量溶液中带色粒

子浓度的一种技术。本文通过介绍几个色度计传感器在化学教学中的应用实例，讨

论传感技术对教学效果的影响。

关键词：色度计传感器 化学 教学 实例

一、色度计传感器原理简介

[1]

手持实验技术主要由传感器（探头）、数据采集器、计算机等硬件设施以及实验数据处理程序（“探世界”综合理科实验室系统）等软件构成。色度计传感器（如图1）是传感器中的一种，它检测溶液的透光度（T ）。

图1色度计传感器

图2色度计传感器剖面图

原理如图2：将待测溶液装入比色皿，置于色度计中测量。光源发出的光透过滤波片变为单色光（光强度为I 0），入射单色光通过装有溶液样品的比色皿，一部分入射光被溶液吸收，透射光（光强度为I ）被光电二极管检测，从而计算出该溶液的透光度（T ＝I/I 0×100％）。只要化学反应能在化合或分解的过程中体现出对某色光的吸收，就可以利用该仪器来分析化学反应的特征。

二、色度计传感器应用实例

（一）研究性学习

1、近地臭氧污染的监测[2]

原理：强氧化剂臭氧（O3）与碘化钾（KI）反应生成游离碘（I2）。

O3＋2KI＋H2O→O2＋I2＋2KOH I2遇淀粉变蓝

操作：运用空气采样仪，记录多少时间通入的空气使淀粉碘化钾溶液变蓝。因为浓度越大（溶液的颜色越深），对光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。可由朗伯-比尔定律可知透光率与浓度相关，从而可求得I2浓度。计算得到O3的体积。再由空气采样仪的时间和流量计算通入的空气总体积，就可计算出单位体积空气中O3的浓度。

2、SO2含量的监测

原理：SO2使酸性高锰酸钾褪色。

操作：运用空气采样仪，通1min的空气，计算通入的空气总体积。利用色度计传感器记录酸性高锰酸钾溶液的透光率，从而可求得高锰酸钾的浓度，进而得到SO2浓度。就可计算出单位体积空气中SO2的浓度。

3、食盐中碘含量的测定[3]

原理：碘元素以IO3-形式存在于食盐中，加入还原剂后IO3-变成碘单质，再加入淀粉溶液变蓝色。

操作：利用色度计传感器记录溶液的透光率，由朗伯-比尔定律可知透光率与浓度相关，从而可求得浓度。

4、食物和补铁剂中铁元素含量的测定[1]

原理：Fe3＋与足量的硫氰化钾可以反应形成深红色的[Fe(SCN)6]3－。

操作：将食物灼烧完全炭化后用酸浸取，可以将食物中的铁元素转化为Fe3＋溶液，Fe3＋与足量的硫氰化钾可以反应形成深红色的[Fe(SCN)6]3－。[Fe(SCN)6]3－可以吸收蓝色光（所以溶液的颜色为红色），[Fe(SCN)6]3－的浓度越大（溶液的颜色越深），对光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。补铁剂中的铁一般以二价形式存在，对于液态补铁剂，选用合适的氧化剂

氧化，再用上述方法测定铁元素的含量。如果是固态补铁剂，先要将其溶解，再进行实验。

（二）常规教学[1]

1、盐酸的浓度对Na2S2O3分解速率的影响

Na2 S2O3＋2HCl＝2NaCl＋SO2↑十S↓＋H2O

由于反应生成了黄色的沉淀硫，使溶液便浑浊，透光能力降低，因此溶液的透光度体现了反应进行的程度，用色度计记录溶液透光度的变化，绘制透光度－时间曲线，曲线斜率的大小反映了反应速率的大小。我们选用不同浓度的盐酸进行实验，研究的浓度对反应速率的影响。

2、测定铁离子与硫氰根离子的可逆反应的平衡常数

测定待测溶液的吸光度A，即可求出待测溶液中有色物质[Fe(SCN)2+]的浓度c（即平衡浓度）。再根据Fe3+和 SCN-初始浓度，求出平衡时各物质的浓度，再代入平衡常数表达式中，就可计算出该反应的平衡常数。

3、浓度对铁离子与硫氰根离子的可逆反应的化学平衡的影响

用色度计检测溶液的透过率，溶液中Fe(SCN)3的浓度越大（溶液的颜色越深），对光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。因此，改变反应物的浓度，通过检测溶液的透光度的变化，可以得出Fe(SCN)3浓度的变化，进而推之化学平衡的移动方向。

4、温度对FeCl3水解平衡的影响

Fe(OH)3显棕黄色，水解程度越大，Fe(OH)3的浓度越大，溶液的颜色越深，对光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。

用比色皿盛装热的FeCl3溶液，放入色度计中测量它的透光度，随着溶液的冷却（即温度下降），平衡发生移动，溶液的透光度也随之改变，因此可以借助透光度的变化研究水解平衡随温度改变如何移动。

5、温度对NO2聚合反应的影响

向（广口）比色皿中充入NO2，并迅速盖紧盖子（注意两个活塞均处于关闭状态）。将比色皿放于热水中浸泡几分钟。监测透光度随时间的变化，推测随着温度的降低，平衡向哪个方向移动。

三、传感技术运用于教学的反思

（一）传感技术对教学的促进作用

一般来说同学们都具备这样的生活常识：浓度不同的溶液颜色不同，颜色深的溶液浓度大。但是不同的人观测存在严重的视觉误差。所以肉眼直接观察的色度分析误差较大，只能作为定性的判断依据。但是随着科技的发展人们可以利用先进的仪器（例如紫外-可见分光光度计）来准确测量透光率。这样就将色度分析从定性的层面上升到定量分析。

但是由于经费的限制，很多中学买不起紫外-可见分光光度计，本文介绍的色度计传感器也能基本满足中学的要求。它作为紫外-可见分光光度计的替代产品，具有价格便宜、操作方便的优点。它的使用可以为很多中学教材中涉及的实验提供直接的数据支持，使得这些实验从定性实验上升为定量实验，从而增强同学们定量的意识。同时，它的使用可以开阔同学们的视野，让同学们了解现代化的科学仪器对科学技术发展的促进作用，从而激发同学对科学的热爱，立志科学研究、形成终生学习的意识。

（二）传感技术应用于教学应避免走入的误区

在中学教学中，传感技术使用不当有时容易造成的一些不好的影响。有的老师应用传感器，仅简单停留于给学生看看仪器，读个数。这样容易让学生养成不去思考、甚至懒于思考的恶习。更有甚者，学生逐渐变得忽略过程、只重结果。这不但没有让学生通过传感器体会到先进的科学仪器对科学研究的帮助，反而还产生负面影响，就非常得不偿失了。

例如测量某一时刻的近地臭氧污染情况，我们没有直接采用臭氧传感器而是采用色度计传感器。其目的是为了给学生留有思维的空间，让他们学会色度分析，学会利用已有条件建立自己的分析方法。有的教师直接采用臭氧传感器测量，让他的学生读数，虽然实验结果相同，但是他的学生就体会不到建立分析方法的这一过程。

再例如测量某一时期的近地臭氧污染情况，我们直接采用臭氧传感器。此刻我们并不关注测量方法本身，而是关注对测量结果的统计分析。引导学生对某一时期的近地臭氧污染情