數(shù)字化手持技術(shù)在影響鹽類水解因素中的應(yīng)用研究

陳丹++劉補(bǔ)云

摘要：運(yùn)用數(shù)字化手持技術(shù)測(cè)定不同濃度鹽溶液的pH及其變化曲線，探究鹽溶液的濃度及酸堿度對(duì)鹽類水解程度的影響，達(dá)到數(shù)字化手持技術(shù)與學(xué)科課程整合的最佳效果。通過(guò)對(duì)鹽類水解實(shí)際應(yīng)用的具體分析，提高了學(xué)習(xí)效率，提升了學(xué)生認(rèn)識(shí)問(wèn)題本質(zhì)的能力，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)來(lái)源于生活，服務(wù)于生活。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化手持技術(shù)；鹽類水解；影響因素；濃度；酸堿度

文章編號(hào)：1005-6629（2016）2-0051-03

中圖分類號(hào)：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

隨著教育部對(duì)基礎(chǔ)教育信息化建設(shè)的大力推進(jìn)，加快了基礎(chǔ)教育系統(tǒng)普及信息化的步伐，為一線教師充分利用現(xiàn)代化信息技術(shù)和豐富的數(shù)字資源，深化教育教學(xué)改革，探索新興技術(shù)形態(tài)的教育應(yīng)用與創(chuàng)新提供了優(yōu)越的條件。促成了信息化和教育教學(xué)改革的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用。手持式分析儀因其具有便攜性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性、直觀性和綜合性等優(yōu)勢(shì)，加之配備成本合理、可普及性強(qiáng)，已在中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中得到了應(yīng)用。特別是數(shù)字化手持技術(shù)可以通過(guò)計(jì)算機(jī)直觀地呈現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)變化過(guò)程，趣味性強(qiáng)，有利于學(xué)生理解，深受一線教師青睞。本文即利用手持技術(shù)測(cè)定鹽類水解受外界條件變化的影響，觀察鹽類水解導(dǎo)致的pH變化趨勢(shì)，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手參與探究影響水解的其他因素的積極性和主動(dòng)性。

1 數(shù)字化手持技術(shù)測(cè)定鹽類水解實(shí)驗(yàn)

鹽類的水解是高中化學(xué)反應(yīng)原理的重要組成部分，鹽類水解程度除與鹽本身的性質(zhì)有關(guān)外，還受溶液濃度、溫度、酸堿度等因素的影響。學(xué)生對(duì)鹽類的水解理解比較困難，源于學(xué)生對(duì)這一過(guò)程看不到摸不著。常規(guī)教學(xué)中教師一般借助有色溶液發(fā)生水解程度隨著溫度的變化而變化講解，例如FeCl₃溶液在沸水中可以完全水解生成棕色的Fe（OH）₃沉淀；或者借助指示劑分析，例如Na₂CO₃溶液中滴加酚酞，溶液呈粉紅色，加熱后其紅色會(huì)加深。在此基礎(chǔ)上，歸納出哪一類鹽能水解，哪一類鹽難水解。對(duì)于濃度和酸堿度對(duì)鹽類水解的影響，教師多依據(jù)理論分析規(guī)律，學(xué)生也只是有一定感性認(rèn)識(shí)，難以切實(shí)理解。數(shù)字化手持技術(shù)測(cè)定鹽溶液的pH隨外界因素變化而變化，具有常規(guī)實(shí)驗(yàn)手段不可替代的作用。利用溶液的吸光度研究FeCl₃溶液受溫度、酸堿度、濃度等因素影響的水解情況也有比較細(xì)致的研究，但對(duì)無(wú)色溶液水解過(guò)程pH的變化尚沒(méi)有系統(tǒng)的研究。本實(shí)驗(yàn)對(duì)無(wú)色CH₃COONa溶液在室溫下受濃度、酸堿度影響的水解情況進(jìn)行了探究，并在實(shí)際教學(xué)中予以應(yīng)用。

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

CH₃COONa水溶液水解顯堿性，其水解電離方程式為。溶液的濃度、酸堿度及溫度的變化均會(huì)影響其水解的程度，從而引起水解平衡的移動(dòng)，導(dǎo)致溶液pH的變化。

1.2 實(shí)驗(yàn)藥品和儀器

實(shí)驗(yàn)藥品：0.600 mol/L CH₃COONa溶液、0.10 mol/L NaOH溶液、0.12 mol/L鹽酸、蒸餾水

實(shí)驗(yàn)儀器：多功能手持分析儀（PASCO XplorerGLX PS-2002）、pH傳感器（包括pH電極）、計(jì)算機(jī)、磁力攪拌器、燒杯（150mL）等

實(shí)驗(yàn)裝置圖：圖1

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟

考慮到本次實(shí)驗(yàn)在—節(jié)課時(shí)間范圍內(nèi)完成以及常規(guī)教學(xué)活動(dòng)中控制變量的局限性，本次實(shí)驗(yàn)沒(méi)有嚴(yán)格控制溫度，均在室溫下進(jìn)行。

1.3.1 溶液濃度對(duì)醋酸鈉水解的影響

（1）在室溫下，將0.600 mol/L的CH₃COONa溶液分別稀釋為0.300 mol/L、0.150 mol/L、0.075mol/L，連同起始溶液按濃度由小到大依次標(biāo)記為1～4組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（2）分別將4組待測(cè)液進(jìn)行以下操作。取待測(cè)溶液約80mL倒入潔凈的燒杯中，放置在磁力攪拌器上，按圖1連接裝置，將數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器（包括pH電極）連接好，再將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接，設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開(kāi)啟磁力攪拌器，同時(shí)開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液pH。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）根據(jù)數(shù)據(jù)分別繪制如圖2、圖3所示曲線，由圖2知在一定溫度下不同濃度CH₃COONa溶液的pH是一個(gè)定值，不隨時(shí)間的變化而變化。由圖3可看出CH₃COONa溶液濃度與pH之間存在增函數(shù)關(guān)系，且pH增長(zhǎng)的趨勢(shì)隨著濃度的增大而減弱。這說(shuō)明增加CH₃COONa溶液的濃度可以促進(jìn)水解，但其促進(jìn)水解的作用會(huì)隨著濃度的增加而逐漸減弱，即CH₃COONa溶液的濃度越大，CH3COO-離子水解的程度反而越小。

1.3.2 溶液酸堿度對(duì)醋酸鈉水解的影響

（1）在室溫下，將0.600 mol/L的CH₃COONa溶液稀釋為0.1000 mol/L備用。

（2）取100mL 0.1000 mol/L的CH₃COONa溶液倒入燒杯中，按圖1連接裝置，將數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器（包括pH電極）連接好，再將數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接，設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器，同時(shí)開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液pH，之后滴入兩滴0.1 mol/L氫氧化鈉溶液，觀察溶液的實(shí)時(shí)pH變化曲線。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（3）另取0.1000 mol/L CH₃COONa溶液100mL倒入燒杯中，按圖1連接裝置，設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開(kāi)動(dòng)磁力攪拌器，同時(shí)開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器測(cè)定溶液pH，之后滴入兩滴0.12 mol/L鹽酸溶液，觀察溶液的實(shí)時(shí)pH變化曲線。記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。endprint

（4）根據(jù)記錄數(shù)據(jù)，分別繪制如圖4、圖5曲線。由圖4看出，加入NaOH溶液后，由于OH-濃度增大，溶液的pH會(huì)突然增大，但之后又逐漸減小，說(shuō)明水解平衡向逆反應(yīng)方向移動(dòng)，導(dǎo)致OH-濃度減小，表明NaOH溶液可抑制CH₃COONa的水解，最終溶液的pH比初始大，符合勒夏特列原理。由圖5看出，加入鹽酸之后，由于H+濃度增大，pH會(huì)突然減小，但之后pH又逐漸增大，說(shuō)明平衡向正反應(yīng)方向移動(dòng)了，表明加入鹽酸后，促進(jìn)了醋酸鈉的水解。最終溶液的pH比初始小，符合勒夏特列原理。

1.4 結(jié)論性分析

（1）鹽類的水解程度與溶液的濃度有關(guān)。其他條件不變，濃度增大，鹽類的水解程度反而減小。

（2）鹽類的水解程度與酸堿度有關(guān)。其他條件不變，強(qiáng)堿弱酸鹽（如CH₃COONa）隨著pH的增大水解能力減弱，反之強(qiáng)酸弱堿鹽[如Al₂（SO₄）₃溶液]隨著pH的增大水解能力增強(qiáng)。

2 數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)在課堂教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例

以高中《化學(xué)反應(yīng)原理》“鹽類的水解”第2課時(shí)“影響鹽類水解的主要因素和鹽類水解的應(yīng)用”為例，將數(shù)字化手持技術(shù)實(shí)驗(yàn)融人課堂教學(xué)中。

2.1 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：各因素對(duì)鹽類水解的影響及應(yīng)用。

難點(diǎn)：溶液的濃度及酸堿度對(duì)鹽類水解程度的影響。

2.2 教學(xué)過(guò)程

（1）導(dǎo)入新課。提出問(wèn)題“為什么用熱的純堿溶液清洗油污效果會(huì)很好”，拉近化學(xué)與學(xué)生生活的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生的興趣和求知欲望。

（2）學(xué)生實(shí)驗(yàn)。以等體積、等濃度碳酸鈉和醋酸鈉溶液中滴加酚酞試液為例分組實(shí)驗(yàn)探究鹽的組成與鹽的水解平衡的關(guān)系；以氯化鐵溶液為例探究溫度與鹽的水解平衡的關(guān)系。

（3）演示實(shí)驗(yàn)。通過(guò)數(shù)字化手持技術(shù)演示濃度及溶液的酸堿度對(duì)醋酸鈉溶液水解平衡的影響相關(guān)實(shí)驗(yàn)。通過(guò)多媒體呈現(xiàn)在大屏幕上。

（4）學(xué)生活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察后小組討論影響鹽溶液水解的因素及趨勢(shì)。

（5）師生歸納。組成鹽的酸的酸性或堿的堿性越弱時(shí)，鹽類的水解程度越大；升高溫度，鹽的水解程度增大；鹽濃度越大，水解程度越??；加入NaOH溶液，抑制強(qiáng)堿弱酸鹽的水解，加入鹽酸，促進(jìn)強(qiáng)堿弱酸鹽的水解。

（6）應(yīng)用拓展。教師拋出問(wèn)題，小組討論。

①為什么用熱的純堿溶液清洗油污效果會(huì)很好？

小組A：堿性越強(qiáng)去除油污能力越強(qiáng)。純堿溶液受熱溫度升高，促進(jìn)純堿水解，堿性增強(qiáng)，提高了其去除油污能力。

②實(shí)驗(yàn)室配制—定濃度的氯化鐵溶液時(shí)常加入適量鹽酸，為什么？

小組B：氯化鐵屬于強(qiáng)酸弱堿鹽，其水溶液易水解，加入鹽酸，提高溶液的酸度，可以有效抑制其水解。

③日常生活中可用明礬凈水，吸附水中懸浮的小顆粒，其原理是水解產(chǎn)生膠狀物Al（OH）₃，要想提高明礬凈水能力，則可適當(dāng)加入少量食用堿，為什么？

小組C：加入純堿溶液堿性增強(qiáng)，堿性環(huán)境促進(jìn)明礬水解，產(chǎn)生更多的膠狀物，吸附能力增強(qiáng)，提高凈水能力。

教師小結(jié)：同學(xué)們已經(jīng)很好地掌握了影響鹽類水解的因素，并能解決生活中的實(shí)際問(wèn)題。endprint