数字化实验验证化学反应过程分析.docx

数字化实验验证化学反应过程分析 关键词：数字化实验；二氧化碳；偏铝酸钠；电导率传感器；pH传感器；反应过程 现代化学的发展在很大程度上得益于实验技术的发展与支持数字化实验可利用传感器采集数据，借助计算机将化学现象转化为可监测的数字信号，进而更便捷地收集和处理实验数据数字化实验具有便携性、实时性、准确性和直观性的特点［1］高中生具有较强的好奇心与探究意识，在传统的实验中，由于条件的限制，学生的“求证”往往不能得到满足，数字化实验为学生创设了新的学习环境，提供了“求证”的条件 1问题的提出 铝及其化合物是元素化学的重点难点、高频考点在涉及偏铝酸钠与二氧化碳的反应时，学生会疑惑生成物除了氢氧化铝以外，另一种物质是碳酸钠还是碳酸氢钠，两种物质的生成是否有先后顺序传统的教学方式直接给出方程式并不能真正解决学生的困惑为了更好地揭示反应本质，减轻学生的记忆负担，可利用“数字化”实验验证反应过程 2实验用品和装置 2.1实验仪器 威尼尔电导率传感器CON-BTA、威尼尔pH传感器pH-BTA、威尼尔数据采集器、计算机、锥形瓶、分液漏斗、烧杯、导气管、双孔塞、量筒等 2.2实验试剂 0.05mol/L的NaAlO2溶液，0.10mol/L的NaAlO2溶液，0.20mol/L的NaAlO2溶液，CaCO3固体，2mol/L稀盐酸。

2.3实验装置 实验装置如图1所示 3实验设计 目前较少研究关注将CO2通入NaAlO2溶液后产物的变化情况为得到便于分析的曲线，需进行相关浓度的探究基于许雯辉等［2］关于“NaAlO2溶液滴定HCl溶液”系列实验中NaAlO2溶液浓度的选择，实验采用NaAlO2粉末配制0.05mol/L，0.10mol/L，0.20mol/L的NaAlO2溶液以供探究在实验中，使用电导率传感器监测溶液中离子浓度的变化情况，借助pH传感器进一步验证Na2CO3和NaHCO3生成的先后顺序，使不可见的化学现象“看得见”具体实验方案如表1所示 4实验步骤 4.1实验组1的操作步骤 （1）组装实验室制取二氧化碳的装置，并检查装置的气密性2）进行实验1配制0.05mol/L的NaAlO2溶液，2mol/L的盐酸溶液3）向分液漏斗中加入2mol/L的盐酸溶液，向锥形瓶中加入足量的CaCO3固体，往250mL烧杯中加入150mL0.05mol/L的NaAlO2溶液打开分液漏斗的活塞，将盐酸的滴加速度控制至适中将制备的CO2气体通入NaAlO2溶液中4）开启数据采集器，设置采集器的采样频率为每秒1次，运行软件5）观察实验现象并记录。

6）进行实验2配制0.10mol/L的NaAlO2溶液，2mol/L的盐酸溶液重复步骤（3）～（5）7）进行实验3配制0.20mol/L的NaAlO2溶液，2mol/L的盐酸溶液重复步骤（3）～（5） 4.2实验组2的操作步骤 （1）组装实验室制取二氧化碳的装置，并检查装置的气密性2）校正pH传感器（电导率传感器无需校正）3）根据实验组1的数据，选取变化趋势最明显的0.05mol/L的NaAlO2溶液作为样本，观测在CO2通入NaAlO2溶液的过程中pH的变化4）进行实验4配制0.05mol/L的NaAlO2溶液，2mol/L的盐酸溶液5）向分液漏斗中加入2mol/L的盐酸溶液，向锥形瓶中加入足量的CaCO3固体，往250mL烧杯中加入150mL0.05mol/L的NaAlO2溶液打开分液漏斗的活塞，将盐酸的滴加速度控制至适中将制备的CO2气体通入NaAlO2溶液中6）开启数据采集器，设置采集器的采样频率为每秒1次，运行软件7）观察实验现象并记录 5实验分析 5.1电导率曲线变化分析 图2～图4为向不同浓度的NaAlO2溶液（0.05mol/L，0.10mol/L，0.20mol/L）中通入CO2气体的电导率变化曲线。

由曲线整体趋势可知，反应过程中的电导率先下降后逐步上升以实验1（图2）为例，ab段溶液电导率下降，说明离子浓度降低溶液中发生2NaAlO2+CO2+3H2O=2Al（OH）3↓+Na2CO3反应，反应产物为Na2CO3和Al（OH）3的混合物bc段溶液电导率逐步上升，说明离子浓度增大溶液中继续发生Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3的反应，反应产物为NaHCO3和Al（OH）3的混合物电导率曲线和溶液中离子浓度的变化情况，可以说明反应先生成Na2CO3，再生成NaHCO3 5.2pH曲线变化分析 分析电导率变化曲线趋势后，选取0.05mol/L的NaAlO2溶液为样本，进一步观察将CO2气体通入NaAlO2溶液的过程中，溶液pH的变化pH变化曲线如图5所示，由图可知，在反应过程中，溶液的pH一直下降根据水解原理，溶液的碱性为“NaAlO2>Na2CO3>NaHCO3”，再次验证了在通入CO2的过程中先生成Na2CO3，再生成NaHCO3 6结语 在传统实验中，将二氧化碳通入偏铝酸钠溶液中，只能观察到白色氢氧化铝沉淀的产生，无法确定另一种生成物的成分通过数字化实验可以有效地探究反应的过程，通过溶液电导率的变化，直观地反映溶液中离子浓度的改变，说明反应过程中，先生成碳酸钠再生成碳酸氢钠，基于溶液pH的改变，可进一步验证实验结论。

与传统教学中仅从宏观现象出发，靠学生机械记忆不同，通过对pH、电导率变化曲线拐点意义的分析，可尝试从微观本质理解方程式，多角度、更完整地呈现知识 参考文献 ［1］陈琛，姚如富，邵忠德，等.数字化手持技术实验在高中化学课堂教学中的应用研究［J］.化学教育，2015（1）:29～33. ［2］许雯辉，钱扬义，王立新，等.利用手持技术探究铝的化合物之间的相互转化过程［J］.化学教育（中英文），2018（21）:54～62. 。