用數(shù)據(jù)“說話”

江雷

碳酸鈉是生活中常見的物質(zhì)，也是一種重要的化工原料，學(xué)生在初中階段對(duì)這種鹽已有初步的認(rèn)識(shí)。在此基礎(chǔ)上，蘇教版高中《化學(xué)1》專題二第二單元第二課時(shí)“碳酸鈉的性質(zhì)與應(yīng)用”對(duì)碳酸鈉的性質(zhì)進(jìn)行更全面的實(shí)驗(yàn)探究，并且引出一種“新”的物質(zhì)——碳酸氫鈉。教材中有一個(gè)實(shí)驗(yàn)：“[實(shí)驗(yàn)2]按圖2-9所示組裝儀器，將滴管中的濃鹽酸加入（裝有碳酸鈉溶液的廣口）瓶中，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?！?/p>

一、深入審視實(shí)驗(yàn)

在教學(xué)過程中，如果只是按書本要求完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)，無(wú)非讓學(xué)生重溫一次碳酸鈉作為鹽的通性——“能與強(qiáng)酸反應(yīng)生成CO2”，這顯然是不夠的。因?yàn)檫@個(gè)反應(yīng)對(duì)學(xué)生來說已經(jīng)不是新的知識(shí)，有的學(xué)生甚至在初中就已經(jīng)做過該實(shí)驗(yàn)。

作為教師，不能只是按部就班地“教教材”，而要在準(zhǔn)確領(lǐng)會(huì)教材編寫者意圖的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識(shí)到該實(shí)驗(yàn)的地位和作用，合理挖掘，創(chuàng)新使用，達(dá)到用“教材教”的目的。教材將該實(shí)驗(yàn)安排在此，除了讓學(xué)生再認(rèn)識(shí)碳酸鈉這種常用物質(zhì)外，還承載著另一個(gè)重要的功能：為下一課時(shí)“離子反應(yīng)”的教學(xué)做準(zhǔn)備。

碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)本質(zhì)上是離子間的反應(yīng)：第一階段是CO2-3與H+反應(yīng)生成HCO-3，并無(wú)氣泡；第二階段HCO-3與H+反應(yīng)生成CO2，才產(chǎn)生氣泡。如果采用教材上的實(shí)驗(yàn)方法，觀察第一階段“沒有氣泡”的現(xiàn)象非常困難，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)碳酸鈉與酸反應(yīng)的本質(zhì)認(rèn)識(shí)模糊，理解不清，也不利于后續(xù)的“離子反應(yīng)”教學(xué)。

二、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方法

教學(xué)應(yīng)在學(xué)生已有認(rèn)知基礎(chǔ)上，注重方法的指導(dǎo)和能力的培養(yǎng)。采用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方法，能使碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的過程“可視化”，明顯降低教學(xué)難度，解決常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段不能解決的難題。既突出了該課時(shí)的重點(diǎn)，也有利于突破該課時(shí)的難點(diǎn)。具體操作步驟如下：

（1）連接數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、pH電極、滴數(shù)傳感器并與計(jì)算機(jī)相連。

（2）向燒杯中加入30 mL 0.1 mol·L-1的碳酸鈉溶液，將磁力攪拌子放入燒杯中。燒杯置于攪拌器上，將pH電極置于燒杯里的碳酸鈉溶液中。向針筒滴管中加入40 mL 0.2 mol·L-1的鹽酸。

（3）打開計(jì)算機(jī)上的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟件，進(jìn)行滴數(shù)、表格和繪圖設(shè)置。平鋪窗口，可在顯示屏上同時(shí)看到滴數(shù)、pH、體積和V-pH曲線圖。開啟攪拌器的開關(guān)，注意不要讓磁子觸碰電極。觀察pH窗口顯示的數(shù)值，即碳酸鈉溶液的pH。

（4）打開滴管的旋塞，逐滴加入鹽酸，滴速不要過快，觀察。當(dāng)pH下降至接近1時(shí)，關(guān)閉旋塞，點(diǎn)擊“停止”，處理并保存圖像。

（5）將燒杯內(nèi)溶液改為30 mL 0.1 mol·L-1的碳酸氫鈉溶液，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)。

三、結(jié)果分析

根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得圖1、圖2，對(duì)比分析可知：碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的第二突躍與碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的突躍非常相似，從而引導(dǎo)學(xué)生得出該反應(yīng)的本質(zhì)：

圖2 碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的V-pH圖像數(shù)字化實(shí)驗(yàn)是信息時(shí)代背景下教育信息技術(shù)與化學(xué)學(xué)科相互融合的產(chǎn)物。借助計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)和傳感技術(shù)可將一些化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象如顏色的變化、氣體的產(chǎn)生、溶液酸堿性的變化、離子濃度的變化等實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字、圖像等可監(jiān)測(cè)的信號(hào)，幫助人們更深入地研究化學(xué)現(xiàn)象背后的反應(yīng)本質(zhì)和規(guī)律，具有先進(jìn)、便捷、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、綜合、直觀等特點(diǎn)。與普通的化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)具有操作方法簡(jiǎn)便、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯、實(shí)驗(yàn)過程綠色化等優(yōu)點(diǎn)。

本實(shí)驗(yàn)改進(jìn)了“觀察”方法，增加了對(duì)比實(shí)驗(yàn)。用傳感器實(shí)時(shí)采集反應(yīng)過程中溶液的pH數(shù)據(jù)，由計(jì)算機(jī)軟件自動(dòng)生成溶液pH隨鹽酸體積變化的圖像，直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)了碳酸鈉與鹽酸反應(yīng)的全過程，精確地揭示了反應(yīng)的數(shù)量關(guān)系，將定性實(shí)驗(yàn)升華為定量實(shí)驗(yàn)，從而使學(xué)生更深刻地認(rèn)識(shí)反應(yīng)的本質(zhì)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（收稿日期：2015-01-25）