一、问题的提出
酸碱中和滴定是根据中和反应,用已知浓度的酸或碱测定未知浓度的碱或酸的实验方法[1]。新课标将酸碱中和滴定实验列为学生必做实验,让学生亲自动手绘制酸碱中和反应曲线,进而深入认识酸碱滴定的原理[2]。酸碱中和滴定是一种重要的滴定分析法,该方法所涉及的原理、药品、操作都相对简单,是中学化学介绍的唯一一种滴定分析法,也是中学化学中的定量实验之一,具有重要的方法论层面的教育价值。
高中化学教材介绍了用已知浓度的NaOH溶液滴定未知浓度的HCl溶液过程中溶液的pH随加入NaOH体积变化的曲线,以帮助学生直观认识滴定过程中溶液pH的突变情况[1],但是教材中对于曲线的生成方法并没有过多说明。用描点作图法,过程相对复杂烦琐,实验效果不理想,影响实验教学效率。
有研究者借助手持技术对此实验进行了改进。如李霞等运用手持技术探究滴定过程中电导率的变化,帮助学生从微观角度实现对酸碱滴定过程实质的理解[3]。魏锐利用pH传感器的实时检测功能,借助直接生成的曲线便捷、直观地反映滴定过程中pH的变化,帮助学生认识突变的存在,加深对酸碱中和滴定原理的理解[4]。手持技术实现了实时、快速、直观地对滴定过程中溶液的pH、电导率和温度变化的表征,但是手持技术设备一般价格昂贵、操作烦琐,与学生的日常生活相距甚远。因此,本文利用日常生活中的必备工具—智能手机,借助OTG接口外接便携式温度和pH传感器,自动绘制酸碱中和滴定过程中pH和温度的变化曲线[5]。再结合投屏技术,实现其在教室一体机上的实时呈现。
二、实验探究
三、结果与讨论
改进实验利用智能手机外接传感器检测中和反应过程中pH和温度的变化,智能手机可以直接将收集的数据转化为曲线呈现出来,极大地简化了绘制中和反应曲线的过程,可以帮助学生更加直观地认识滴定过程中pH和温度的变化趋势。
《普通高中化学课程标准(2017年版)》中规定酸碱中和滴定实验为学生必做实验,可尝试指导学生利用该方案进行实验。改进实验可以减少指示剂种类和浓度的误差,避免人为因素的干扰,从而帮助学生在亲自动手实验的过程中高效地理解酸碱中和滴定方法的原理。实验原理简单易懂,实验操作容易上手,实验结果直观化、可视化、自动化。
此外,还可以运用此实验方案,将智能手机与电导率传感器相结合,同时探究酸碱滴定过程中混合溶液的pH、温度、电导率的变化,或者探究弱酸弱碱的互相滴定,以及离子反应过程中一些特征物理量的变化,以促进学生对水溶液中离子行为的深度认知。
参考文献
[1] 普通高中教科书化学(选择性必修1)化学反应原理[M].北京:人民教育出版社,2020:65-66.
[2] 教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2017:55.
[3] 李霞,黄菲菲,钱扬义.运用手持技术探究酸碱滴定过程中电导率的变化[J].化学教育,2011(6):55-57.
[4] 魏锐,包明,王磊,等.利用pH传感器研究中和反应过程中pH的突变[J].化学教育,2007(4):59-61.
[5] 任动,倪刚,吴晓红,等.利用智能手机外接温度传感器测定反应热的数字化实验探究[J].中国现代教育装备,2020(6):31-33.
梁政发 甘肃省白银市第二中学 |