手持技術(shù)與微型實驗報告

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 實驗六 新型實驗技術(shù)的應(yīng)用 實驗6-1 利用微型實驗儀器電解水實驗設(shè)計【實驗?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.探究微型實驗儀器電解水過程中電極變化原因?！緦嶒炘怼坑么箢^針（鍍鎳）作電極電解水，稀硫酸，氫氧化鈉，硫酸鈉的原理實際上是電解水的原理。電極不參與反應(yīng)時電解水的電極反應(yīng)方程式如下： 酸性 堿性陰極： 2H+2e-H2 2H2O+2e-2OH-+H2陽極： 2H2OO2+4H+4e- 4OH-2H2O+O2+4e-若大頭針外部的鍍層破損，

2、電極變成鐵電極，則陽極反應(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-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3【實驗儀器與試劑】儀器：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）【實驗裝置】【實驗步驟】 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；當多用滴管中產(chǎn)

3、生較多氣泡時，將滴管尖嘴插入井穴板中盛有的肥皂水中，用火柴點燃吹起的肥皂泡；實驗一段時間后，觀察電極（大頭針）的變化?！緦嶒灛F(xiàn)象記錄】所用溶液實驗現(xiàn)象實驗解釋電極溶液肥皂泡 水兩極都有少量氣泡產(chǎn)生溶液沒有明顯的變化.有肥皂泡產(chǎn)生，但點燃沒有明顯的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽極的反應(yīng)：2H2OO2+4H+4e-產(chǎn)生的氣泡比較少沒有爆鳴聲稀硫酸兩極都有氣泡產(chǎn)生，陽極大頭針有溶解現(xiàn)象。無色溶液變?yōu)辄S色多用吸管發(fā)熱。有肥皂泡產(chǎn)生，但點燃沒有尖銳的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H+2e-H2陽極的反應(yīng)：2H2OO2+4H+4e-FeFe2+2e-Fe2+ + H+ + O2 Fe3+ +H2O產(chǎn)生氣泡

4、比較多有尖銳爆鳴聲氫氧化鈉兩極都有氣泡產(chǎn)生，陽極大頭針處有紅褐色沉淀產(chǎn)生。溶液沒有明顯變化有肥皂泡產(chǎn)生，但點燃沒有尖銳的爆鳴聲。陰極的反應(yīng)：2H2O+2e-2OH-+H2陽極的反應(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，陽極大頭針處有紅褐色沉淀產(chǎn)生無色溶液變?yōu)辄S色有肥皂泡產(chǎn)生，但點燃沒有尖銳的爆鳴聲。2H2O+2e-2OH-+H2陰極的反應(yīng)：陽極的反應(yīng)：4OH-2H2O+O2+4e-Fe2+2OH-FeOH24FeOH2+O2+2H2O4FeOH3因此能看到紅褐色沉淀由上述實驗現(xiàn)象可知：1.電

5、解去離子水，由于其中可自由移動的離子數(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、氫氧化鈉等強電解質(zhì)溶液，溶液導(dǎo)電性大大增強，有明顯的電解現(xiàn)象。此時溶液中放電的離子仍是H+、OH-，電解的物質(zhì)仍然是水。3.在我們實驗中，由于使用的大頭針鍍層破損，鐵與電解液直接接觸，在電解水過程中鐵質(zhì)大頭針在陽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，所以點燃肥皂泡會發(fā)生清脆響亮的爆鳴聲。從上述實驗我們可以看到微型化學實驗具有“實驗

6、儀器微型化”和“試劑用量節(jié)約化”兩個基本特征，因此儀器價格相對低廉、實驗較易于成功，過程較為環(huán)保、不會造成危險。所以應(yīng)用微型化學實驗有利于激發(fā)學生學習化學的興趣、培養(yǎng)學生的環(huán)保意識和綠色化學觀念、培養(yǎng)學生的動手能力和觀察能力、培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維能力和探究能力等。 但在本實驗中，由于氣體混合在一起，我們無法證明有氧氣產(chǎn)生，也無法證明可燃性氣體是氫氣，也無法對陰陽極產(chǎn)生的氧氣與氫氣進行定量比較。這是一個值得繼續(xù)探討的問題。實驗6-2 手持技術(shù)在實驗教學中的應(yīng)用研究【實驗題目】手持實驗技術(shù)在實驗教學中的應(yīng)用研究【實驗?zāi)康摹?.理解手持實驗技術(shù)在實驗教學中的應(yīng)用原理2.通過手持實驗的操作，掌握手持實

7、驗技術(shù)并運用于化學實驗中【實驗原理】手持實驗技術(shù)是一套先進的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以利用對許多自然現(xiàn)象和科學進行探究性學習。手持實驗技術(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)一定的物理化學原理制成的物理化學量的感應(yīng)器具，它們能把外界環(huán)境中的某個物理化學量的變化以電信號的方式輸出，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)采集器顯示并存儲起來。 實驗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【實驗?zāi)康摹繉W會利用手持技術(shù)測量中和反應(yīng)pH的變化?！緦嶒瀮x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、0.1mo

8、l/L氫氧化鈉溶液。【實驗步驟】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鹽酸潤洗，裝液，調(diào)零；打開磁力攪拌器，設(shè)置軟件，開始記錄數(shù)據(jù)的同時打開酸式滴定管活塞，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?！緦嶒灁?shù)據(jù)收集與記錄】 圖1 pH-時間變化曲線【實驗結(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)動過程中對pH探頭有影響，較好的突躍應(yīng)該是較平滑的。以往的滴定實驗都只是定性試驗，我們只能通過滴加

9、指示劑，通過溶液顏色的變化來說明pH發(fā)生突變，只能知道化學計量點附近溶液顏色從無色到淡紅色再到紅色，從而說明化學計量點的存在。但學生無法知道中和滴定過程中具體的pH值變化、滴定前后溶液中各種粒子濃度變化，無法對化學計量點附近的突躍進行理性認識?，F(xiàn)在通過pH傳感器，利用手持技術(shù)，不僅操作方便簡單，在學生保持對實驗的感性認識的同時，還可以讓學生觀察到溶液在整個滴定過程中具體pH數(shù)值的變化情況，讓學生對化學計量點附近的突躍進行理性認識。實驗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【實驗?zāi)康摹繉W習利用手持技術(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?！緦嶒瀮x器】數(shù)據(jù)采集器、電導(dǎo)

10、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氨水?！緦嶒炑b置圖】【實驗步驟】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鹽酸潤洗酸式滴定管，然后裝液調(diào)零；組裝裝置，打開磁力攪拌器，設(shè)置軟件，開始記錄數(shù)據(jù)的同時打開酸式滴定管活塞，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?/p>

11、驗數(shù)據(jù)收集與記錄】 圖3 電導(dǎo)率隨時間變化曲線【實驗結(jié)果及討論】如圖3所示，混合堿NaOH為強電解質(zhì)，NH3為弱電解質(zhì)，滴加的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過量，溶液電導(dǎo)率曲線又上升(C-D段)。仔細分析各個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+、H2

12、O、NH3H2O、Cl-H+、Cl-、H2O通過上表，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。由上述實驗現(xiàn)象與結(jié)果可知，通過手持技術(shù)可以更直觀的看到溶液中電導(dǎo)率的變化，根據(jù)具體的實驗數(shù)據(jù)曲線變化去分析，有助于學生對知

13、識的理解運用。實驗6-2-3 利用手持技術(shù)進行“溫室效應(yīng)”的探究【實驗?zāi)康摹?.學習手持技術(shù)測量溫度變化；2.利用手持技術(shù)探究二氧化碳的“溫室效應(yīng)”?！緦嶒瀮x器與試劑】儀器：溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集器、玻璃瓶、膠塞、錐形瓶、長頸漏斗、導(dǎo)管；試劑：碳酸氫鈉、稀硫酸溶液?！緦嶒灢襟E】1.在錐形瓶中放入適量碳酸鈣，在長頸漏斗中加稀鹽酸，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、計算機，將兩試管放在白色燈光臺燈下照射，設(shè)置軟件，開始記錄溫度；結(jié)束實驗，停止數(shù)據(jù)記錄，收好儀器?！緦嶒灛F(xiàn)象記錄】圖2 CO2、空氣在光照下溫度-時間關(guān)系曲線

14、【實驗結(jié)果及討論】 如上圖示，實驗一開始時，CO2的溫度是比空氣的溫度要低的（可能是由于剛制備出來），在燈光的照射下，兩者的溫度同時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，從趨勢上來看，二氧化碳的溫度會慢慢高于空氣的溫度?？梢奀O2氣體對光能的吸收轉(zhuǎn)化較快、保溫能力較強。利用CO2與空氣在光照下，溫度隨時間變化的比較，可以幫助學生對“溫室效應(yīng)”有一個較為直觀的認識，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法直觀看到，故很難使學生對此有直觀的認識，而利用手持技術(shù)進行“溫室效應(yīng)”的模擬實驗，一方面操作簡單，所需要的儀器設(shè)備簡易，方便進行；另一方面，現(xiàn)象可通過實驗數(shù)據(jù)直觀呈現(xiàn)在學生面前，同時現(xiàn)場畫圖讓所有學生都觀看到試管中的即時溫度，知曉其變化規(guī)律，從而了解溫室