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1、2007年第4期化学教育#59#利用pH传感器研究中和反应过程中pH的突变12*11113魏锐包明王磊刘强范林宋万琚刘秀丰(1.北京师范大学化学学院100875;2.广东湛江市第二中学524000;3.凌伊动力100037)摘要利用pH传感器的实时检测功能,并借助数据采集器和计算机直接生成数据曲线,便可以便捷、直观地反映中和反应过程中pH的变化,帮助学生认识/突变0的存在,加深理解酸碱中和滴定方法的原理。pH变化曲线可用来研究弱酸、弱碱、多元弱酸盐等参与的反应,还可对其进行数学建模以及进行相关讨论
2、。关键词pH传感器pH变化曲线酸碱中和滴定1问题的提出馏水;pH传感器、pH适配器、/探世界0数据采集器、计算机、滴定分析法是化学分析法的基本内容之一,滴定分析简磁力搅拌器(磁子)、烧杯、酸式滴定管、碱式滴定管。便、快捷、具有足够的准确度,在生产实践和科学实验中具有2.2实验步骤很大的实用价值。酸碱中和滴定作为一种重要的滴定分析(1)按图1组装实验装置。将pH传感器通过pH适配器法,由于该方法所涉及原理、药品、操作都相对简单,使其成与数据采集器相连,数据采集器与计算机相连。为中学阶段介绍的惟一的滴
3、定分析法,同时也是中学化学为数不多的定量实验之一,具有重要的方法教育的作用。pH的突变是酸碱中和滴定过程的重要特点,对于选择合适的酸碱指示剂以及该分析方法的准确性具有重要意义。教材[1]中并不要求学生认识突变的存在,因此未展示滴定曲线,仅通过语言进行描述。但学生并不易理解教材中讲述的/用盐酸滴定NaOH溶液时,从表面看,似乎没有变化,但实质上,在滴定过程中,溶液的pH发生了很大的变化0,更难理解为何指示剂的变色点不在pH=7处,却可以用来指示反应的化学计量点。因此教师在教学环节常常会引申介绍pH突
4、变的存在,但这一内容的教学又会成为学生理解的一个难点。供理科倾向学生使用的新课标5化学反应原理6选修教材[2]将/实验测定酸碱反应曲线0设计为实践活动,由学生亲自动手绘制酸碱中和反应曲线,进而深入的认识酸碱滴定法的原理。通过实验的方法绘制酸碱中和反应曲线,同样也是图1实验装置图5普通高中化学课程标准(实验)6[3]提出的新要求,在/化学(2)设置数据采集器:采集速率设为每秒1次,采集时间反应原理0和/实验化学02个模块中都得到体现。选择/持续0。[4]绘制中和反应曲线的常规方法是用pH计检测溶液(
5、3)量取10mL0.1mol/LNaOH溶液,倒入100mL烧杯的pH,记录消耗的酸或碱的体积和相应的pH,再描点作图中,用蒸馏水稀释至没过pH传感器的玻璃泡。向烧杯中放得到,实验过程相对复杂。我们如果利用传感技术实时采入磁子并滴加2滴酚酞溶液。集、图形显示的突出特点,利用pH传感器监测在滴定过程(4)启动磁力搅拌器,开始数据采集。待测得的数据稳中溶液pH的变化情况,并借助计算机以图像形式显示出定后,打开酸式滴定管的活塞,向NaOH溶液中匀速滴加011来,直接可得到中和反应曲线,方便、快捷地展示滴
6、定过程中mol/L盐酸。注意观察实验现象以及测得的混合溶液的pHpH的变化;另外,如果使用摄像头录制实验现象,并在计算变化情况。机的同一个窗口中显示出来,便可以将pH的突变与指示剂(5)待烧杯中的溶液变成无色以后,再继续滴加盐酸至变色的实验现象有机整合起来。这可帮助学生体验突变的pH变化不再显著为止,停止数据采集。保存实验结果。存在,加深对酸碱滴定法原理的理解。3结果分析与讨论2实验过程通过pH传感器实时检测滴定过程中溶液的pH,并由计2.1试剂与仪器算机显示数据和曲线,即可直观地反映出中和反应过
7、程中0.1mol/L盐酸、0.1mol/LNaOH溶液、酚酞溶液、蒸pH的变化情况。*通讯联系人#60#化学教育2007年第4期3.1盐酸与氢氧化钠中和反应pH的变化3.2弱酸、弱碱参与的中和反应强酸与强碱的反应是一类最简单的中和反应,以盐酸与利用同样的方法,还可以研究有弱酸、弱碱参与的中和氢氧化钠反应为例,中和过程中pH的变化如图2所示(图中反应,例如:(1)向醋酸中滴加NaOH溶液pH变化曲线(如图n(HCl)/n(NaOH)为根据突变时消耗溶液的体积和浓度换算4)可以说明,强碱滴定弱酸在碱性
8、范围突变,应该选用酚酞得到,以下同)。通过这条曲线可以帮助学生理解许多难点作为指示剂;(2)向氨水中滴加盐酸pH变化曲线(如图5)可问题:(1)认识滴定过程的/突变0是客观存在的;(2)利用摄以说明,强酸滴定弱碱在酸性范围突变,应选用甲基橙作为像头的拍摄功能,将实验现象和数据曲线在同一窗口中呈指示剂。现,实现实验数据和现象有机结合,帮助学生认识/突变0和指示剂颜色变化的关系;(3)通过数据曲线可以发现,化学计量点附近pH变化显著,尽管滴定终点与化学计量点并不完全一致,但引起的实验误
