微型實(shí)驗(yàn)與手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用

1、微型實(shí)驗(yàn)與手持技術(shù)在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的運(yùn)用利用微型實(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；探究微型實(shí)驗(yàn)儀器電解水過程中電極變化原因?！緦?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)】（1）實(shí)驗(yàn)原理2H2O2H2O2 （2）實(shí)驗(yàn)用品 多用滴管、井穴板、低壓電源（920V）、大頭針、酒精燈、肥皂水、水、Na2SO4溶液、NaOH溶液、KNO3溶液等強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液或強(qiáng)堿溶液。（3）實(shí)驗(yàn)步驟在多用滴管中吸取純水，插入兩根大頭針作為電極，連接低壓電源，觀察現(xiàn)象；在多用滴管中換取Na2SO4溶液、NaOH溶液或其它強(qiáng)酸強(qiáng)堿鹽溶液或強(qiáng)堿溶液，接通電源，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

2、井穴板中盛放的肥皂水中，用火柴點(diǎn)燃吹起的肥皂泡，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；實(shí)驗(yàn)一段時(shí)間后，觀察電極（大頭針）的變化，解釋其變化原因，說明該如何解決問題?！緦?shí)驗(yàn)記錄】A、 自來水：陰極產(chǎn)生氣泡，陽極產(chǎn)生綠色絮狀沉淀，溶液逐漸變黃。產(chǎn)生小且少的一些氣泡，無法點(diǎn)燃。久置后灰綠色沉淀變黑，溶液變清澈。實(shí)驗(yàn)拍攝圖片如下：圖 1自來水電解中圖 2自來水電解一段時(shí)間后B、 氫氧化鈉溶液：有電流產(chǎn)生（15V，0.35A）兩電極產(chǎn)生氣泡，溶液溫度升高，點(diǎn)燃肥皂泡有明顯的爆鳴聲。圖片如下：圖 3電解氫氧化鈉溶液：溶液冒出較多氣泡圖 4電解氫氧化鈉溶液：點(diǎn)燃?xì)馀萦斜Q聲C、 稀鹽酸溶液：只有負(fù)極產(chǎn)生氣泡，溫度升高，有電流（0.

3、25A，15V）點(diǎn)燃?xì)馀萦朽鄣穆曇?。產(chǎn)生黑色沉淀。拍攝圖片如下：圖表 5電解稀鹽酸溶液圖表 6電解稀鹽酸溶液：有氣泡冒出D、 氯化鈉溶液：只有負(fù)極產(chǎn)生氣泡，有電流（0.15A，15V）點(diǎn)燃?xì)馀萦朽鄣穆曇?，溶液溫度升高。拍攝圖片如下：圖表 7電解氯化鈉溶液：有氣泡產(chǎn)生E、 去離子水：因?yàn)榧儍?，在幾分鐘?nèi)幾乎無現(xiàn)象，無電流也無明顯氣泡，拍攝圖片如下：圖表 8電解去離子水：無氣泡產(chǎn)生【實(shí)驗(yàn)分析】 由于純水中可自由移動(dòng)的離子數(shù)量少，因此電解純水的速率很慢。 加入稀硫酸，硫酸強(qiáng)堿鹽，氫氧化鈉等強(qiáng)堿溶液，溶液中放電的離子仍是H+,OH-，因此電解的物質(zhì)仍然是水。但由于強(qiáng)酸或強(qiáng)堿的存在使溶液中H+或OH濃度

4、增大而使電解產(chǎn)生更大的電流，電解速度加快。 由于大頭針是鐵質(zhì)的，在電解水過程中容易被氧化而生銹。 點(diǎn)燃?xì)馀萦斜Q聲說明放出氣體是氫氣。 隨著電解質(zhì)和電解質(zhì)濃度的不同，電解產(chǎn)生的氣泡速度和氣泡量以及電流大小均不同。手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究一、“手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)”簡介“手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)”又稱“手持技術(shù)”。 手持技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于理科實(shí)驗(yàn)中，可以方便而迅速地收集各類物理、化學(xué)、生物、環(huán)境等數(shù)據(jù)，如位移、速度、溫度、聲音、光、電、力、pH值、心電圖等。是一套先進(jìn)的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以利用它對(duì)許多自然現(xiàn)象和科學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。二、手持實(shí)驗(yàn)技術(shù)的組成手持技術(shù)是由數(shù)據(jù)采集器、傳感器（又稱為探頭）和

5、配套的軟件組成的定量采集和處理數(shù)據(jù)系統(tǒng)。能與計(jì)算機(jī)連接，完成各種后期處理的實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)。將手持技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)整合構(gòu)成的現(xiàn)代科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成為“掌上實(shí)驗(yàn)室”。 2.1 數(shù)據(jù)采集器介紹數(shù)據(jù)采集器是一個(gè)具有強(qiáng)大數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)分分析功能的綜合理科實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，用于全程跟蹤實(shí)驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)變化并以多種形式顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。液晶顯示屏端口4端口3端口2端口1外接傳感器連接端口計(jì)算機(jī)連線端口AC/DC電源插座接口“開機(jī)”、“關(guān)機(jī)”按鈕“前進(jìn)”、“后退”按鈕“退出”按鈕“執(zhí)行”按鈕 圖1 數(shù)據(jù)采集器2.2傳感器介紹傳感器是能感受規(guī)定的被測量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置?；騻鞲衅魇且环N能把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)

6、變成便于利用的電信號(hào)的器件。工作原理：信號(hào)檢出器被測信號(hào)放大變換輸出信號(hào)處理信號(hào)檢測測量環(huán)境 在中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常用的傳感器有以下一些傳感器。(1)溫度傳感器圖2 數(shù)字溫度計(jì) (2)電導(dǎo)率傳感器圖3 電導(dǎo)率計(jì)（3）pH傳感器圖4 酸度計(jì)（4）電壓、電流傳感器 圖5 電壓傳感器 圖6 電流傳感器2.3 系統(tǒng)軟件介紹利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功能，能更好地把握實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、推測，同時(shí)還可以通過接口軟件對(duì)掌上技術(shù)的硬件進(jìn)行更加精確的操作。主工具欄數(shù)據(jù)地圖圖形窗口圖形工具欄視頻窗口列表窗口列表工具欄 圖7 系統(tǒng)軟件2.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理程序：利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的運(yùn)算和數(shù)據(jù)處理功

7、能，能更好地把握實(shí)驗(yàn)的動(dòng)態(tài)以及對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析、推測，同時(shí)還可以通過接口軟件對(duì)掌上技術(shù)的硬件進(jìn)行更加精確的操作。2.3.2 實(shí)時(shí)錄像系統(tǒng)：將攝像頭與計(jì)算機(jī)連接，可實(shí)時(shí)地記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、將數(shù)據(jù)曲線與實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同時(shí)呈現(xiàn)在計(jì)算機(jī)上，且記錄的數(shù)據(jù)和拍攝的錄像都可以保存在計(jì)算機(jī)中，可以隨時(shí)播放，再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過程。2.4 手持技術(shù)的特點(diǎn)2.4.1 便攜：數(shù)據(jù)采集器和傳感器都較小,實(shí)驗(yàn)時(shí)在手掌上就可以操作，可隨時(shí)隨地地進(jìn)行定量實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。2.4.2 實(shí)時(shí)：數(shù)據(jù)變化過程與實(shí)驗(yàn)過程同時(shí)進(jìn)行，與計(jì)算機(jī)連接，就能將顯示變化過程的各種形式同時(shí)演示出來，與微型攝像頭連接，就能將實(shí)驗(yàn)的整個(gè)操作過程演示出來并儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)的硬盤

8、中，實(shí)驗(yàn)后可以重復(fù)演示。2.4.3 準(zhǔn)確：既可以用儀器或電腦自動(dòng)收集數(shù)據(jù)，又可又人工控制收集，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以準(zhǔn)確到0.5%，完全符合中學(xué)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度的要求。2.4.4 綜合：數(shù)據(jù)采集器可與各種傳感器連接，可同時(shí)進(jìn)行物理、化學(xué)、生物、體育、環(huán)境、氣象等學(xué)科實(shí)驗(yàn)的定量探究研究。2.4.5 直觀：手持技術(shù)可以以圖像、圖表等多種形式動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)地顯示實(shí)驗(yàn)的變化過程?？梢栽谧约合矚g的一種顯示方式中任意查看某一時(shí)刻、某一段時(shí)間或整個(gè)過程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。三、 氯化銨、氯化鈉溶于水的溫度變化3.5.1 數(shù)據(jù)采集器使用方法圖9 數(shù)據(jù)采集器(1）開機(jī)按下“探世界”萬能數(shù)據(jù)采集器面板上的“開機(jī)”(ON）按鍵，采集器首先進(jìn)

9、行自檢，然后顯示主菜單（圖10）。（2）安裝溫度傳感器 將溫度傳感器連接在數(shù)據(jù)采集器的端口上。（3）設(shè)置數(shù)據(jù)采集器的工作模式從開機(jī)狀態(tài)的圖面開始 按數(shù)據(jù)采集器上的“”鍵到“系統(tǒng)配置”（圖11）按“回車”鍵進(jìn)入“系統(tǒng)配置”，根據(jù)需要按“”或“”可選擇：“自動(dòng)”、“手動(dòng)”模式。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置 “工作模式為“自動(dòng)” 按“ESC”鍵返回到開始的主界面。采樣啟動(dòng) 樣品采集 統(tǒng)計(jì)分析 打開文件 系統(tǒng)配置圖2圖10圖11（4）設(shè)置實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集參數(shù)從開機(jī)狀態(tài)的圖面開始，移動(dòng)光標(biāo)到“采集器設(shè)置”，然后按 “執(zhí)行“鍵（回車鍵），屏幕顯示“傳感器通道溫度”。 設(shè)置采樣率：根據(jù)需要設(shè)置，通過按“”或鍵“”鍵可選擇頻率：

10、;10/min、1/10sec 、 1/sec、 10/S、25/S、50/S、100/S、500/S。本實(shí)驗(yàn)選擇：“1/10sec” 按“回車” 鍵下到“采樣數(shù)”處。設(shè)置采樣數(shù)：根據(jù)需要通過按“”或鍵“”鍵可選擇選擇，20 、 50、 100、500、1000、2000、本實(shí)驗(yàn)選擇：“10000” 按“回車” 鍵下到“顯示方式”處（4）設(shè)置顯示方式：根據(jù)需要通過按“”或鍵“”鍵可選擇選擇方式：條圖、表格、曲線、數(shù)字。本實(shí)驗(yàn)選擇：“曲線”，按“ESC”鍵回到“主菜單”。3.5.2 采集數(shù)據(jù)按“執(zhí)行”鍵（回車鍵）開始采集數(shù)據(jù)，同時(shí)打開“探世界”軟件（事先安裝在電腦中），電腦屏幕會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)采集界面（事先數(shù)據(jù)采集器與電腦連接好），隨著實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行，從電腦屏幕可觀察到曲線從起點(diǎn)出來（12：00）慢慢的到終點(diǎn)（14：00）。實(shí)驗(yàn)結(jié)束（也可在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后從文件夾中觀察到）。3.5.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（1）氯化銨溶解從上圖可知 氯化銨的溶于水，溫度下降了約3，證明氯化銨溶于水吸熱，使溫度下降。實(shí)驗(yàn)拍攝圖片如下：（2）氯化鈉溶解 從上圖可知，氯化鈉溶于水，溫度下降了約0.3，證明氯化鈉溶于水吸少量的熱。實(shí)驗(yàn)拍攝圖片如下：3.6 儀器參數(shù)設(shè)置依據(jù)及注意事項(xiàng)（1）采樣頻率的設(shè)置 應(yīng)根據(jù)反應(yīng)速度的快慢來確定，反應(yīng)速率快，采樣頻率要設(shè)置快（一般是采樣對(duì)象反應(yīng)速度的 2 倍或以上），反之則慢。（2）