張苧丹
摘要:將數(shù)字化實驗與定量型化學實驗相結合,以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備,利用過氧化鈉與足量的水反應,通過測定反應前后體系中壓強的變化,從而實現(xiàn)測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。并探討利用該方法,實現(xiàn)化學拓展課程中定量實驗的設計。
關鍵詞:定量實驗;數(shù)字化實驗;氣體壓力傳感器
文章編號:1008-0546(2018)11-0093-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.030
定量型實驗,是指對某些“量”具有準確要求的化學實驗,這種實驗不僅能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、規(guī)范的操作要領、創(chuàng)新能力等,還有利于學生綜合運用所學知識、技能去解決問題,形成“量”的概念,以及形成“量變到質變”、“微觀到宏觀”等科學的方法論與價值觀 [1]。
基于數(shù)字化信息系統(tǒng)(DIS)的化學定量實驗是一種新型的實驗方法,利用傳感器對連續(xù)變化和微小數(shù)據(jù)量變化的測量是它的優(yōu)勢和特點。傳感器技術不僅可以使實驗過程中的“變化”變得明晰,而且從定量的角度反映實驗過程的變化,以獲得精確的實驗結果 [2]。因此,在中學階段開發(fā)基于數(shù)字化實驗為基礎的定量實驗校本課程具有重要的意義。
氣體壓力傳感技術作為DIS實驗技術的一種,可以監(jiān)測在恒容、密閉體系中氣體微弱的壓強變化,因此可以將其用于研究有氣壓變化的化學定量實驗。本文以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備,測定長期放置的過氧化鈉的百分含量,并探討利用該方法,實現(xiàn)化學拓展課程中定量實驗的設計。
一、實驗原理
二、實驗儀器和藥品
壓強傳感器,溫度傳感器、計算機及相應配套軟件、電子天平、錐形瓶、試管、鑷子、10mL量筒、過氧化鈉、蒸餾水。
三、實驗步驟
(1)通過排液法測得錐形瓶的容積:V=268mL。
(2)如圖所示,將數(shù)據(jù)采集器、壓強傳感器、溫度傳感器和計算機相連。
(3)稱取一定質量的過氧化鈉,然后將該過氧化鈉置于干燥的錐形瓶中。
(4)用量筒量取10.0mL的水于小試管中,將小試管用鑷子小心地放入錐形瓶中。按圖1所示連接好裝置。
(5)打開LoggerPro軟件。待初始壓強趨于穩(wěn)定后,啟動“采集”按鈕,計算機開始采集反應體系的壓強與溫度數(shù)據(jù)。迅速傾斜錐形瓶,使試管中的水進入錐形瓶中,小心地搖動錐形瓶,加速過氧化鈉與水的反應。
(6)觀察壓強隨時間的變化曲線,當氣體壓強達到穩(wěn)定的數(shù)值后,停止采集數(shù)據(jù)。
(7)重復實驗兩次。
四、實驗結果與分析
圖2、3、4分別為三組實驗過程中體系內氣壓變化曲線。當試管中的水與錐形瓶中的過氧化鈉接觸后,由于氧氣的大量產生,錐形瓶內的壓強迅速增大,直至反應結束,壓強趨于穩(wěn)定。采集反應前后的壓強,利用理想氣體狀態(tài)方程,計算得到過氧化鈉的百分含量。實驗結果如表1所示。
五、拓展應用
將數(shù)字化實驗與定量型化學實驗相結合,可以使實驗過程中微量變化變得明晰,有助于實現(xiàn)化學定量實驗中的微量成分的快速分析。本實驗設計以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備,利用過氧化鈉與足量的水反應,通過測定反應前后體系中壓強的變化,從而實現(xiàn)測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。利用該方法,可以設計一系列反應過程中存在壓強變化的拓展定量實驗,實現(xiàn)成分的快速分析,如:鎂鋁合金中鋁含量的測定,可以采用樣品與氫氧化鈉溶液反應,2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑,通過壓力傳感器測定反應前后壓強的變化,測定產生氫氣的量,從而確定鋁含量;又如:小蘇打中碳酸氫鈉含量的測定,可以采用小蘇打與稀硫酸反應,2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2CO2↑+2H2O,利用壓強變化,確定碳酸氫鈉與稀硫酸反應產生的二氧化碳的量,從而確定碳酸氫鈉的含量等等。該方法為我們定量實驗化學拓展課程的設計提供了新的思路和方法。
參考文獻
[1] 王川,劉勇,李樹偉.淺議在中學化學教學中增加定量型實驗的意義[J].化學教育,2012(4):66-68
[2] 羅敏,羅傳春.基于傳感器技術的兩個定量實驗案例[J].中學化學教學參考,2016(6):58-59