利用多信道傳感器技術(shù)探究酸堿中和反應(yīng)的過(guò)程和本質(zhì)

陳學(xué)東　嚴(yán)西平

摘要：文章采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并相互驗(yàn)證，幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：中和反應(yīng)；多信道；傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2014）09-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的義務(wù)教育教科書《化學(xué)》下冊(cè)中通過(guò)三個(gè)活動(dòng)對(duì)中和反應(yīng)進(jìn)行探究：1.在氫氧化鈉溶液的燒杯中，滴加2-3滴酚酞試液，插入溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，用膠頭滴管逐滴滴加鹽酸，邊滴邊攪拌，至溶液剛好變成無(wú)色。觀察在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液的堿性和溫度的變化。2.取實(shí)驗(yàn)1所得少量溶液于試管中，向其中加入一滴氫氧化鈉溶液，觀察溶液的顏色變化。3.用玻璃棒蘸取實(shí)驗(yàn)1所得溶液，加熱至蒸干，觀察現(xiàn)象。在課堂教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)雖然現(xiàn)象明顯，但操作較煩瑣。同時(shí)在后續(xù)酸堿中和反應(yīng)實(shí)質(zhì)的學(xué)習(xí)中，教師通常只是以動(dòng)畫演示或示意圖的形式進(jìn)行講解，缺乏實(shí)驗(yàn)的佐證。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率測(cè)定的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并將它們相互驗(yàn)證，可以幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)儀器：

計(jì)算機(jī)、正方體數(shù)據(jù)采集器（型號(hào)LAB-PORT2）、正方體溫度傳感器（型號(hào)LAB-TS21A）正方體pH傳感器（型號(hào)LAB-PH21A）、正方體電導(dǎo)率傳感器（型號(hào)LAB-CONS23A）。

一、用溫度傳感器和pH傳感器同步探究中和反應(yīng)過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

在氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸，隨著中和反應(yīng)的發(fā)生，溶液的pH會(huì)發(fā)生改變，中和反應(yīng)同時(shí)也是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中，溶液的溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定溶液的pH和溫度的變化即可說(shuō)明中和反應(yīng)的發(fā)生和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、pH傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鈉溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀鹽酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、pH傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀鹽酸，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、pH的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，因?yàn)闇囟群蚿H這兩個(gè)物理量變化范圍相當(dāng)，可以在同一坐標(biāo)系中將反應(yīng)過(guò)程中它們的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)（如圖1），也可以在同一屏幕中將兩個(gè)坐標(biāo)系縱向排列，將兩根曲線分開顯示（如圖2），便于教師在教學(xué)時(shí)進(jìn)行對(duì)比。因?yàn)槭腔谕淮螌?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)所繪制的圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更科學(xué)、更有說(shuō)服力。

3. 數(shù)據(jù)分析

從圖1和圖2均可看出，隨著滴加的鹽酸與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，溶液pH逐漸下降、溫度上升。當(dāng)pH下降到7時(shí)，酸與堿恰好完全反應(yīng)，這時(shí)溶液溫度達(dá)到最高點(diǎn)。隨著鹽酸繼續(xù)滴加，pH繼續(xù)下降，但此時(shí)中和反應(yīng)已不再進(jìn)行，溶液的溫度從最高點(diǎn)緩慢降低。兩根曲線的對(duì)比準(zhǔn)確地反映了整個(gè)過(guò)程中溶液的酸堿性和溫度變化的特點(diǎn)。使學(xué)生直觀地感受中和反應(yīng)的過(guò)程和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

二、用電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器同步探究中和反應(yīng)的過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

中和反應(yīng)的本質(zhì)是酸中的H+的和堿中的OH-結(jié)合成H2O，反應(yīng)時(shí)溶液中的離子濃度會(huì)逐漸減小。在溶液的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道了溶液的導(dǎo)電是由于電離出自由移動(dòng)的離子的緣故，當(dāng)溶液中自由移動(dòng)的離子濃度發(fā)生變化，溶液導(dǎo)電性也會(huì)隨之發(fā)生變化。利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定中和反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化，間接地反映出溶液中離子濃度的變化，可以表征中和反應(yīng)的過(guò)程和本質(zhì)。①

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鋇溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀硫酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀硫酸溶液，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，在同一屏幕上將中和反應(yīng)過(guò)程中溶液的電導(dǎo)率的變化和溫度的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)，并進(jìn)行對(duì)比。

3. 數(shù)據(jù)分析

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1. 在初中化學(xué)中和反應(yīng)的教學(xué)中采用傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以準(zhǔn)確地測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液的pH、溫度、電導(dǎo)率的變化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。尤其是利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化可以間接地反映出溶液中離子濃度的變化，彌補(bǔ)了教材中的實(shí)驗(yàn)無(wú)法對(duì)酸堿中和反應(yīng)的微觀本質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證的遺憾。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)pH傳感器和電導(dǎo)率傳感器不能同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，相互會(huì)干擾。

2. 在課堂教學(xué)引入傳感器技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的有益補(bǔ)充，給我們的課堂實(shí)驗(yàn)探究提供了新的方法和新的手段。將傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，而且可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，減小實(shí)驗(yàn)誤差。不僅能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3. 與單信道傳感器實(shí)驗(yàn)相比，多信道傳感器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)反應(yīng)多重表征，告訴學(xué)生同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以從多個(gè)不同的角度進(jìn)行探究，豐富了實(shí)驗(yàn)的信息量，為教師開展課堂教學(xué)研討提供了多樣的素材。endprint

摘要：文章采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并相互驗(yàn)證，幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：中和反應(yīng)；多信道；傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2014）09-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的義務(wù)教育教科書《化學(xué)》下冊(cè)中通過(guò)三個(gè)活動(dòng)對(duì)中和反應(yīng)進(jìn)行探究：1.在氫氧化鈉溶液的燒杯中，滴加2-3滴酚酞試液，插入溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，用膠頭滴管逐滴滴加鹽酸，邊滴邊攪拌，至溶液剛好變成無(wú)色。觀察在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液的堿性和溫度的變化。2.取實(shí)驗(yàn)1所得少量溶液于試管中，向其中加入一滴氫氧化鈉溶液，觀察溶液的顏色變化。3.用玻璃棒蘸取實(shí)驗(yàn)1所得溶液，加熱至蒸干，觀察現(xiàn)象。在課堂教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)雖然現(xiàn)象明顯，但操作較煩瑣。同時(shí)在后續(xù)酸堿中和反應(yīng)實(shí)質(zhì)的學(xué)習(xí)中，教師通常只是以動(dòng)畫演示或示意圖的形式進(jìn)行講解，缺乏實(shí)驗(yàn)的佐證。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率測(cè)定的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并將它們相互驗(yàn)證，可以幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)儀器：

計(jì)算機(jī)、正方體數(shù)據(jù)采集器（型號(hào)LAB-PORT2）、正方體溫度傳感器（型號(hào)LAB-TS21A）正方體pH傳感器（型號(hào)LAB-PH21A）、正方體電導(dǎo)率傳感器（型號(hào)LAB-CONS23A）。

一、用溫度傳感器和pH傳感器同步探究中和反應(yīng)過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

在氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸，隨著中和反應(yīng)的發(fā)生，溶液的pH會(huì)發(fā)生改變，中和反應(yīng)同時(shí)也是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中，溶液的溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定溶液的pH和溫度的變化即可說(shuō)明中和反應(yīng)的發(fā)生和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、pH傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鈉溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀鹽酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、pH傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀鹽酸，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、pH的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，因?yàn)闇囟群蚿H這兩個(gè)物理量變化范圍相當(dāng)，可以在同一坐標(biāo)系中將反應(yīng)過(guò)程中它們的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)（如圖1），也可以在同一屏幕中將兩個(gè)坐標(biāo)系縱向排列，將兩根曲線分開顯示（如圖2），便于教師在教學(xué)時(shí)進(jìn)行對(duì)比。因?yàn)槭腔谕淮螌?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)所繪制的圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更科學(xué)、更有說(shuō)服力。

3. 數(shù)據(jù)分析

從圖1和圖2均可看出，隨著滴加的鹽酸與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，溶液pH逐漸下降、溫度上升。當(dāng)pH下降到7時(shí)，酸與堿恰好完全反應(yīng)，這時(shí)溶液溫度達(dá)到最高點(diǎn)。隨著鹽酸繼續(xù)滴加，pH繼續(xù)下降，但此時(shí)中和反應(yīng)已不再進(jìn)行，溶液的溫度從最高點(diǎn)緩慢降低。兩根曲線的對(duì)比準(zhǔn)確地反映了整個(gè)過(guò)程中溶液的酸堿性和溫度變化的特點(diǎn)。使學(xué)生直觀地感受中和反應(yīng)的過(guò)程和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

二、用電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器同步探究中和反應(yīng)的過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

中和反應(yīng)的本質(zhì)是酸中的H+的和堿中的OH-結(jié)合成H2O，反應(yīng)時(shí)溶液中的離子濃度會(huì)逐漸減小。在溶液的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道了溶液的導(dǎo)電是由于電離出自由移動(dòng)的離子的緣故，當(dāng)溶液中自由移動(dòng)的離子濃度發(fā)生變化，溶液導(dǎo)電性也會(huì)隨之發(fā)生變化。利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定中和反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化，間接地反映出溶液中離子濃度的變化，可以表征中和反應(yīng)的過(guò)程和本質(zhì)。①

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鋇溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀硫酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀硫酸溶液，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，在同一屏幕上將中和反應(yīng)過(guò)程中溶液的電導(dǎo)率的變化和溫度的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)，并進(jìn)行對(duì)比。

3. 數(shù)據(jù)分析

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1. 在初中化學(xué)中和反應(yīng)的教學(xué)中采用傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以準(zhǔn)確地測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液的pH、溫度、電導(dǎo)率的變化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。尤其是利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化可以間接地反映出溶液中離子濃度的變化，彌補(bǔ)了教材中的實(shí)驗(yàn)無(wú)法對(duì)酸堿中和反應(yīng)的微觀本質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證的遺憾。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)pH傳感器和電導(dǎo)率傳感器不能同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，相互會(huì)干擾。

2. 在課堂教學(xué)引入傳感器技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的有益補(bǔ)充，給我們的課堂實(shí)驗(yàn)探究提供了新的方法和新的手段。將傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，而且可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，減小實(shí)驗(yàn)誤差。不僅能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3. 與單信道傳感器實(shí)驗(yàn)相比，多信道傳感器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)反應(yīng)多重表征，告訴學(xué)生同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以從多個(gè)不同的角度進(jìn)行探究，豐富了實(shí)驗(yàn)的信息量，為教師開展課堂教學(xué)研討提供了多樣的素材。endprint

摘要：文章采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并相互驗(yàn)證，幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

關(guān)鍵詞：中和反應(yīng)；多信道；傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2014）09-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的義務(wù)教育教科書《化學(xué)》下冊(cè)中通過(guò)三個(gè)活動(dòng)對(duì)中和反應(yīng)進(jìn)行探究：1.在氫氧化鈉溶液的燒杯中，滴加2-3滴酚酞試液，插入溫度計(jì)測(cè)量溶液的溫度，用膠頭滴管逐滴滴加鹽酸，邊滴邊攪拌，至溶液剛好變成無(wú)色。觀察在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溶液的堿性和溫度的變化。2.取實(shí)驗(yàn)1所得少量溶液于試管中，向其中加入一滴氫氧化鈉溶液，觀察溶液的顏色變化。3.用玻璃棒蘸取實(shí)驗(yàn)1所得溶液，加熱至蒸干，觀察現(xiàn)象。在課堂教學(xué)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)雖然現(xiàn)象明顯，但操作較煩瑣。同時(shí)在后續(xù)酸堿中和反應(yīng)實(shí)質(zhì)的學(xué)習(xí)中，教師通常只是以動(dòng)畫演示或示意圖的形式進(jìn)行講解，缺乏實(shí)驗(yàn)的佐證。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的發(fā)展，采用多信道傳感器技術(shù)，進(jìn)行中和反應(yīng)過(guò)程中pH、溫度及電導(dǎo)率測(cè)定的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，并將它們相互驗(yàn)證，可以幫助學(xué)生更好地理解中和反應(yīng)的過(guò)程、特點(diǎn)和本質(zhì)。

實(shí)驗(yàn)儀器：

計(jì)算機(jī)、正方體數(shù)據(jù)采集器（型號(hào)LAB-PORT2）、正方體溫度傳感器（型號(hào)LAB-TS21A）正方體pH傳感器（型號(hào)LAB-PH21A）、正方體電導(dǎo)率傳感器（型號(hào)LAB-CONS23A）。

一、用溫度傳感器和pH傳感器同步探究中和反應(yīng)過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

在氫氧化鈉溶液中滴加稀鹽酸，隨著中和反應(yīng)的發(fā)生，溶液的pH會(huì)發(fā)生改變，中和反應(yīng)同時(shí)也是一個(gè)放熱反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中，溶液的溫度也會(huì)隨之發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)定溶液的pH和溫度的變化即可說(shuō)明中和反應(yīng)的發(fā)生和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、pH傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鈉溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀鹽酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、pH傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀鹽酸，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、pH的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，因?yàn)闇囟群蚿H這兩個(gè)物理量變化范圍相當(dāng)，可以在同一坐標(biāo)系中將反應(yīng)過(guò)程中它們的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)（如圖1），也可以在同一屏幕中將兩個(gè)坐標(biāo)系縱向排列，將兩根曲線分開顯示（如圖2），便于教師在教學(xué)時(shí)進(jìn)行對(duì)比。因?yàn)槭腔谕淮螌?shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)所繪制的圖，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更科學(xué)、更有說(shuō)服力。

3. 數(shù)據(jù)分析

從圖1和圖2均可看出，隨著滴加的鹽酸與氫氧化鈉溶液的反應(yīng)，溶液pH逐漸下降、溫度上升。當(dāng)pH下降到7時(shí)，酸與堿恰好完全反應(yīng)，這時(shí)溶液溫度達(dá)到最高點(diǎn)。隨著鹽酸繼續(xù)滴加，pH繼續(xù)下降，但此時(shí)中和反應(yīng)已不再進(jìn)行，溶液的溫度從最高點(diǎn)緩慢降低。兩根曲線的對(duì)比準(zhǔn)確地反映了整個(gè)過(guò)程中溶液的酸堿性和溫度變化的特點(diǎn)。使學(xué)生直觀地感受中和反應(yīng)的過(guò)程和中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)的特征。

二、用電導(dǎo)率傳感器和溫度傳感器同步探究中和反應(yīng)的過(guò)程

1. 實(shí)驗(yàn)原理

中和反應(yīng)的本質(zhì)是酸中的H+的和堿中的OH-結(jié)合成H2O，反應(yīng)時(shí)溶液中的離子濃度會(huì)逐漸減小。在溶液的學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)知道了溶液的導(dǎo)電是由于電離出自由移動(dòng)的離子的緣故，當(dāng)溶液中自由移動(dòng)的離子濃度發(fā)生變化，溶液導(dǎo)電性也會(huì)隨之發(fā)生變化。利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定中和反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化，間接地反映出溶液中離子濃度的變化，可以表征中和反應(yīng)的過(guò)程和本質(zhì)。①

2. 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

（1）將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器連接到數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)采集器連接計(jì)算機(jī)，打開計(jì)算機(jī)軟件。取50mL氫氧化鋇溶液于250mL的燒杯中，燒杯中放入磁力攪拌子，并將燒杯置于磁力攪拌器上，在滴定管中加滿稀硫酸并固定在鐵架臺(tái)上，將溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器同時(shí)插入燒杯中。

（2）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌，滴加稀硫酸溶液，點(diǎn)擊開始按鈕，同時(shí)采集反應(yīng)過(guò)程中溫度、電導(dǎo)率的數(shù)據(jù)并實(shí)時(shí)繪制出變化曲線，在同一屏幕上將中和反應(yīng)過(guò)程中溶液的電導(dǎo)率的變化和溫度的變化曲線同時(shí)呈現(xiàn)，并進(jìn)行對(duì)比。

3. 數(shù)據(jù)分析

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)論

1. 在初中化學(xué)中和反應(yīng)的教學(xué)中采用傳感器技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，可以準(zhǔn)確地測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液的pH、溫度、電導(dǎo)率的變化過(guò)程，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯。尤其是利用電導(dǎo)率傳感器測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中溶液電導(dǎo)率的變化可以間接地反映出溶液中離子濃度的變化，彌補(bǔ)了教材中的實(shí)驗(yàn)無(wú)法對(duì)酸堿中和反應(yīng)的微觀本質(zhì)進(jìn)行驗(yàn)證的遺憾。但實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，我們也發(fā)現(xiàn)pH傳感器和電導(dǎo)率傳感器不能同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，相互會(huì)干擾。

2. 在課堂教學(xué)引入傳感器技術(shù)進(jìn)行數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方案的有益補(bǔ)充，給我們的課堂實(shí)驗(yàn)探究提供了新的方法和新的手段。將傳感器技術(shù)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)合起來(lái)，不僅可以提高實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，而且可以簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)過(guò)程，減小實(shí)驗(yàn)誤差。不僅能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，還有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

3. 與單信道傳感器實(shí)驗(yàn)相比，多信道傳感器技術(shù)在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)反應(yīng)多重表征，告訴學(xué)生同一個(gè)實(shí)驗(yàn)可以從多個(gè)不同的角度進(jìn)行探究，豐富了實(shí)驗(yàn)的信息量，為教師開展課堂教學(xué)研討提供了多樣的素材。endprint