手持技術(shù)與微型實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 實(shí)驗(yàn)六 新型實(shí)驗(yàn)技術(shù)的應(yīng)用 實(shí)驗(yàn)6-1 利用微型實(shí)驗(yàn)儀器電解水實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.理解在不同電解質(zhì)溶液環(huán)境中電解水的原理規(guī)律；2.探究微型實(shí)驗(yàn)儀器電解水過(guò)程中電極變化原因?！緦?shí)驗(yàn)原理】用大頭針（鍍鎳）作電極電解水，稀硫酸，氫氧化鈉，硫酸鈉的原理實(shí)際上是電解水的原理。電極不參與反應(yīng)時(shí)電解水的電極反應(yīng)方程式如下： 酸性 堿性陰極： 2H+2e-H2 2H2O+2e-2OH-+H2陽(yáng)極： 2H2OO2+4H+4e- 4OH-2H2O+O2+4e-若大頭針外部的鍍層破損，電極變成鐵電極，則陽(yáng)極反應(yīng)變?yōu)椋?FeFe2+2e-在堿性或者中性條件下，亞鐵離子不穩(wěn)定，于是發(fā)生：Fe2+2OH-FeOH2

2、4FeOH2+O2+2H2O4FeOH3【實(shí)驗(yàn)儀器與試劑】?jī)x器：多用滴管、井穴板、低壓電源、大頭針（表面鍍鎳）、肥皂水、火柴、試劑：去離子水、Na2SO4溶液（0.5mol/L）、NaOH溶液（0.5mol/L）、H2SO4溶液（0.5mol/L）【實(shí)驗(yàn)裝置】【實(shí)驗(yàn)步驟】 用多用滴管中分別吸取去離子水，Na2SO4溶液（0.5mol/L）、NaOH溶液（0.5mol/L）、H2SO4溶液（0.5mol/L），插入兩根大頭針作為電極、連接低壓電源，觀察現(xiàn)象；當(dāng)多用滴管中產(chǎn)生較多氣泡時(shí)，將滴管尖嘴插入井穴板中盛有的肥皂水中，用火柴點(diǎn)燃吹起的肥皂泡；實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，觀察電極（大頭針）的變化?！緦?shí)驗(yàn)現(xiàn)

3、象記錄】所用溶液實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)解釋電極溶液肥皂泡 水兩極都有少量氣泡產(chǎn)生溶液沒(méi)有明顯的變化.有肥皂泡產(chǎn)生，但點(diǎn)燃沒(méi)有明顯的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽(yáng)極的反應(yīng)：2H2OO2+4H+4e-產(chǎn)生的氣泡比較少?zèng)]有爆鳴聲稀硫酸兩極都有氣泡產(chǎn)生，陽(yáng)極大頭針有溶解現(xiàn)象。無(wú)色溶液變?yōu)辄S色多用吸管發(fā)熱。有肥皂泡產(chǎn)生，但點(diǎn)燃沒(méi)有尖銳的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽(yáng)極的反應(yīng)：2H2OO2+4H+4e-FeFe2+2e-Fe2+ + H+ + O2 Fe3+ +H2O產(chǎn)生氣泡比較多有尖銳爆鳴聲氫氧化鈉兩極都有氣泡產(chǎn)生，陽(yáng)極大頭針處有紅褐色沉淀產(chǎn)生。溶液沒(méi)有明顯變化有肥皂泡產(chǎn)生，但點(diǎn)燃沒(méi)有尖銳的爆鳴聲

4、。陰極的反應(yīng)：2H2O+2e-2OH-+H2陽(yáng)極的反應(yīng)：4OH-2H2O+O2+4e-Fe2+2OH-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3因此能看到紅褐色沉淀硫酸鈉兩極都有氣泡產(chǎn)生，陽(yáng)極大頭針處有紅褐色沉淀產(chǎn)生無(wú)色溶液變?yōu)辄S色有肥皂泡產(chǎn)生，但點(diǎn)燃沒(méi)有尖銳的爆鳴聲。2H2O+2e-2OH-+H2陰極的反應(yīng)：陽(yáng)極的反應(yīng)：4OH-2H2O+O2+4e-Fe2+2OH-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3因此能看到紅褐色沉淀由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可知：1.電解去離子水，由于其中可自由移動(dòng)的離子數(shù)量少，因此速率很慢，看不到明顯有氣泡產(chǎn)生現(xiàn)象。2.加入稀硫酸、硫酸鈉、氫氧化鈉等強(qiáng)電解質(zhì)

5、溶液，溶液導(dǎo)電性大大增強(qiáng)，有明顯的電解現(xiàn)象。此時(shí)溶液中放電的離子仍是H+、OH-，電解的物質(zhì)仍然是水。3.在我們實(shí)驗(yàn)中，由于使用的大頭針鍍層破損，鐵與電解液直接接觸，在電解水過(guò)程中鐵質(zhì)大頭針在陽(yáng)極被氧化為亞鐵離子，在堿性或中性條件下，被空氣繼續(xù)氧化成三價(jià)鐵離子，并結(jié)合氫氧根離子，最終變成氫氧化鐵紅褐色沉淀，由于量較少，故呈棕黃色。電解過(guò)程中產(chǎn)生氫氣與氧氣，因此能吹起肥皂泡，并由于氫氣不純，所以點(diǎn)燃肥皂泡會(huì)發(fā)生清脆響亮的爆鳴聲。從上述實(shí)驗(yàn)我們可以看到微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有“實(shí)驗(yàn)儀器微型化”和“試劑用量節(jié)約化”兩個(gè)基本特征，因此儀器價(jià)格相對(duì)低廉、實(shí)驗(yàn)較易于成功，過(guò)程較為環(huán)保、不會(huì)造成危險(xiǎn)。所以應(yīng)用微型化

6、學(xué)實(shí)驗(yàn)有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和綠色化學(xué)觀念、培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和觀察能力、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維能力和探究能力等。 但在本實(shí)驗(yàn)中，由于氣體混合在一起，我們無(wú)法證明有氧氣產(chǎn)生，也無(wú)法證明可燃性氣體是氫氣，也無(wú)法對(duì)陰陽(yáng)極產(chǎn)生的氧氣與氫氣進(jìn)行定量比較。這是一個(gè)值得繼續(xù)探討的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)6-2 手持技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究【實(shí)驗(yàn)題目】手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.理解手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用原理2.通過(guò)手持實(shí)驗(yàn)的操作，掌握手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)并運(yùn)用于化學(xué)實(shí)驗(yàn)中【實(shí)驗(yàn)原理】手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)是一套先進(jìn)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以利用對(duì)許多自然現(xiàn)象和科學(xué)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。手

7、持實(shí)驗(yàn)技術(shù)主要由兩部分組成：數(shù)據(jù)采集器和傳感器。傳感器是一系列根據(jù)一定的物理化學(xué)原理制成的物理化學(xué)量的感應(yīng)器具，它們能把外界環(huán)境中的某個(gè)物理化學(xué)量的變化以電信號(hào)的方式輸出，再經(jīng)數(shù)據(jù)模擬裝置轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)或圖表的形式在數(shù)據(jù)采集器顯示并存儲(chǔ)起來(lái)。 實(shí)驗(yàn)6-2-1利用手持技術(shù)研究酸堿中和反應(yīng)pH的變化規(guī)律【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)會(huì)利用手持技術(shù)測(cè)量中和反應(yīng)pH的變化?！緦?shí)驗(yàn)儀器與試劑】數(shù)據(jù)采集器、pH傳感器、磁力攪拌器、磁力攪拌子、酸式滴定管、100mL燒杯；0.1mol/L鹽酸、0.1mol/L氫氧化鈉溶液?！緦?shí)驗(yàn)步驟】量取25mL氫氧化鈉溶液（0.1mol/L）于100mL燒杯中；酸式滴定管用0.1mol/L鹽

8、酸潤(rùn)洗，裝液，調(diào)零；打開(kāi)磁力攪拌器，設(shè)置軟件，開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)打開(kāi)酸式滴定管活塞，控制滴加速度穩(wěn)定；待加入鹽酸與氫氧化鈉溶液體積比約為1：1，停止數(shù)據(jù)記錄，關(guān)閉酸式滴定管活塞、磁力攪拌器，拆除并清洗儀器?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與記錄】 圖1 pH-時(shí)間變化曲線【實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論】如圖1所示，在第40秒左右pH發(fā)生了突躍，從15降至6，圖中B-C段溶液pH變化不均勻可能是由于磁振子轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中對(duì)pH探頭有影響，較好的突躍應(yīng)該是較平滑的。以往的滴定實(shí)驗(yàn)都只是定性試驗(yàn)，我們只能通過(guò)滴加指示劑，通過(guò)溶液顏色的變化來(lái)說(shuō)明pH發(fā)生突變，只能知道化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近溶液顏色從無(wú)色到淡紅色再到紅色，從而說(shuō)明化學(xué)計(jì)量點(diǎn)的存在。

9、但學(xué)生無(wú)法知道中和滴定過(guò)程中具體的pH值變化、滴定前后溶液中各種粒子濃度變化，無(wú)法對(duì)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近的突躍進(jìn)行理性認(rèn)識(shí)?，F(xiàn)在通過(guò)pH傳感器，利用手持技術(shù)，不僅操作方便簡(jiǎn)單，在學(xué)生保持對(duì)實(shí)驗(yàn)的感性認(rèn)識(shí)的同時(shí)，還可以讓學(xué)生觀察到溶液在整個(gè)滴定過(guò)程中具體pH數(shù)值的變化情況，讓學(xué)生對(duì)化學(xué)計(jì)量點(diǎn)附近的突躍進(jìn)行理性認(rèn)識(shí)。實(shí)驗(yàn)6-2-2 利用手持技術(shù)研究酸堿中和反應(yīng)電導(dǎo)率的變化規(guī)律【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)利用手持技術(shù)研究電導(dǎo)率變化；分析酸滴定混合堿的電導(dǎo)率變化規(guī)律?！緦?shí)驗(yàn)儀器】數(shù)據(jù)采集器、電導(dǎo)率傳感器、磁力攪拌器、磁力攪拌子、酸式滴定管、100mL燒杯；0.1mol/L鹽酸、0.1mol/L氫氧化鈉溶液、2mol/L

10、氨水。【實(shí)驗(yàn)裝置圖】【實(shí)驗(yàn)步驟】取1mL2mol/L氨水，加入19mL去離子水，稀釋成0.1mol/L，取用10mL ，加入10mL 0.1mol/L氫氧化鈉溶液，配制成20mL混合堿液，盛放在100mL燒杯中；用0.1mol/L鹽酸潤(rùn)洗酸式滴定管，然后裝液調(diào)零；組裝裝置，打開(kāi)磁力攪拌器，設(shè)置軟件，開(kāi)始記錄數(shù)據(jù)的同時(shí)打開(kāi)酸式滴定管活塞，控制滴加速度穩(wěn)定；待后期電導(dǎo)率平穩(wěn)上升，鹽酸消耗體積約為25mL左右，停止數(shù)據(jù)記錄，關(guān)閉酸式滴定管活塞、磁力攪拌器，拆除并清理儀器?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)收集與記錄】 圖3 電導(dǎo)率隨時(shí)間變化曲線【實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論】如圖3所示，混合堿NaOH為強(qiáng)電解質(zhì)，NH3為弱電解質(zhì)，滴加的

11、HCl先與NaOH反應(yīng)，再與氨水反應(yīng)，溶液的電導(dǎo)率曲線先下降(A-B段)后上升(B-C段)，隨后滴加的HCl過(guò)量，溶液電導(dǎo)率曲線又上升(C-D段)。仔細(xì)分析各個(gè)階段溶液中粒子的變化，匯總?cè)缦拢罕? 各階段溶液中粒子變化階段溶液中粒子減少的粒子增加的粒子A-BNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3H2OOH-H2O、Cl-B-CNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3H2O、Cl-NH3H2ONH4+、Cl-、H2OC-DNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3H2O、Cl-H+、Cl-、H2O通過(guò)上表，可以更加明顯看出溶液電導(dǎo)率變化的原因：在A-B階段，由于鹽酸與氫氧化鈉反

12、應(yīng)，溶液中減少了氫氧根離子，但增加了氯離子以及水分子，由于氫氧根離子摩爾電導(dǎo)率比氯離子大，且溶液體積增大，因此溶液摩爾電導(dǎo)率下降；在B-C階段，鹽酸與氨水反應(yīng)，溶液中減少了氨分子，生成了銨根離子和氯離子，因此溶液的電導(dǎo)率上升；而在C-D階段，過(guò)量的鹽酸使溶液中氫離子與氯離子濃度增加，因此電導(dǎo)率上升。同時(shí)由于氫離子摩爾電導(dǎo)率較大，因此曲線上升幅度較大。由上述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)果可知，通過(guò)手持技術(shù)可以更直觀的看到溶液中電導(dǎo)率的變化，根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)曲線變化去分析，有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解運(yùn)用。實(shí)驗(yàn)6-2-3 利用手持技術(shù)進(jìn)行“溫室效應(yīng)”的探究【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?.學(xué)習(xí)手持技術(shù)測(cè)量溫度變化；2.利用手持技術(shù)探究

13、二氧化碳的“溫室效應(yīng)”。【實(shí)驗(yàn)儀器與試劑】?jī)x器：溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、玻璃瓶、膠塞、錐形瓶、長(zhǎng)頸漏斗、導(dǎo)管；試劑：碳酸氫鈉、稀硫酸溶液。【實(shí)驗(yàn)步驟】1.在錐形瓶中放入適量碳酸鈣，在長(zhǎng)頸漏斗中加稀鹽酸，用向上排空氣法收集一試管CO2，用膠塞塞住待用；2.另外取一試管收集滿一試管空氣。3.連接溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)，將兩試管放在白色燈光臺(tái)燈下照射，設(shè)置軟件，開(kāi)始記錄溫度；結(jié)束實(shí)驗(yàn)，停止數(shù)據(jù)記錄，收好儀器?！緦?shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄】圖2 CO2、空氣在光照下溫度-時(shí)間關(guān)系曲線【實(shí)驗(yàn)結(jié)果及討論】 如上圖示，實(shí)驗(yàn)一開(kāi)始時(shí)，CO2的溫度是比空氣的溫度要低的（可能是由于剛制備出來(lái)），在燈光的照射下，兩者的溫

14、度同時(shí)在光照下溫度上升比空氣快，到后期才慢慢與空氣溫度變化曲線重合，從趨勢(shì)上來(lái)看，二氧化碳的溫度會(huì)慢慢高于空氣的溫度?？梢?jiàn)CO2氣體對(duì)光能的吸收轉(zhuǎn)化較快、保溫能力較強(qiáng)。利用CO2與空氣在光照下，溫度隨時(shí)間變化的比較，可以幫助學(xué)生對(duì)“溫室效應(yīng)”有一個(gè)較為直觀的認(rèn)識(shí)，了解到空氣中二氧化碳含量增大是“溫室效應(yīng)”的主要因素之一。在以往由于溫度變化無(wú)法直觀看到，故很難使學(xué)生對(duì)此有直觀的認(rèn)識(shí)，而利用手持技術(shù)進(jìn)行“溫室效應(yīng)”的模擬實(shí)驗(yàn)，一方面操作簡(jiǎn)單，所需要的儀器設(shè)備簡(jiǎn)易，方便進(jìn)行；另一方面，現(xiàn)象可通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)在學(xué)生面前，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)畫(huà)圖讓所有學(xué)生都觀看到試管中的即時(shí)溫度，知曉其變化規(guī)律，從而了解溫室效應(yīng)。