新型实验技术的应用

1、利用微型实验仪器电解水的实验设计一、实验目的1、教学研究目的：（1）了解微型实验技术在化学实验中的应用与意义。（2）学会使用微型仪器进行科学探究。2、本次实验目的：理解在不同电解质溶液环境中电解水的原理规律；探究微型实验仪器电解水过程中电极变化原因。二、实验原理用大头针（镀镍）作电极电解水，稀硫酸，氢氧化钠，硫酸钠的原理实际上是电解水的原理。电极不参与反应时电解水的电极反应方程式如下： 酸性 碱性阴极： 阳极： 若大头针外部的镀层破损，电极变成铁电极，则阳极反应变为： 在碱性或者中性条件下，亚铁离子不稳定，于是发生：三、实验过程1、实验仪器与试剂：仪器：多用滴管、井穴板、低压电源、大头针（表面

2、镀镍）、肥皂水、火柴试剂：去离子水、Na2SO4溶液、NaOH溶液、NH3H2O溶液2、实验装置图：3、实验步骤：在多用滴管中吸取纯水，插入两根大头针作为电极，连接低压电源，观察现象；在多用滴管中换取Na2SO4溶液、NaOH溶液或其它强酸强碱盐溶液或强碱溶液，接通电源，观察现象；当多用滴管中产生较多气泡时，将滴管尖嘴插入井穴板中盛放的肥皂水中，用火柴点燃吹起的肥皂泡，观察实验现象；实验一段时间后，观察电极（大头针）的变化，解释其变化原因，说明该如何解决问题。4、实验记录： 溶液实验现象现象及性质比较H2O两根大头针上均有气泡，阴极产生的气泡比阳极多；肥皂液中几乎无气泡，无法点燃。随着反应的进

3、行，装置发热，溶液逐渐变浅黄色；静置相当一段时间后，有棕褐色沉淀产生。电解液都有热量产生，放热大小比较：Na2SO4NaOHNH3H2OH2O电解后大头针都发生腐蚀，腐蚀速率及效果比较:Na2SO4NaOHNH3H2OH2ONH3H2O两根大头针上均有气泡，阴极产生的气泡比阳极多；肥皂液中缓慢产生气泡，点燃有爆鸣声；随着反应的进行，装置发热，溶液逐渐变浅黄色；静置一会后，有棕褐色沉淀产生。NaOH两根大头针上均有大量气泡产生；肥皂液中迅速产生气泡，点燃后有尖锐的爆鸣声；随着反应的进行，装置发热，溶液逐渐变浅黄色；静置后，有棕褐色沉淀产生。Na2SO4两根大头针上均有大量气泡产生；肥皂液中迅速产

4、生气泡，点燃后有尖锐的爆鸣声；随着反应的进行，装置发热，溶液逐渐变浅黄色；静置后，有棕褐色沉淀产生。四、问题与探究1、现象解释：溶液现象解释H2O由于纯水中可自由移动的离子数量非常少，因此电解纯水的速率很慢，生成极少量的气体不足以燃烧，故无法点燃。阴极的反应：阳极的反应：因此能看到红褐色沉淀，同时Fe2+离子会被氧化成Fe3+而使溶液变黄。NH3H2ONH3H2O是弱电解质，可以电离出少量NH4+和OH- 离子，比水中的自由移动离子数量多，故其电解产生少量气泡；由于氢气与氧气的体积差别不大，则氢气不纯，故点燃时有微弱的爆鸣声；NaOHNaOH是强电解质，电离出大量的OH- 离子，增加了溶液中的

5、OH-离子浓度 ,加快了两电极反应的速率和溶液中离子传输电荷的速率，产生更多气泡，使肥皂泡里混合更多的氧气，氢气不纯，点燃肥皂泡产生尖锐的爆鸣声Na2SO4Na2SO4是强电解质，其完全电离 ,Na+和 SO42-分别向两极移动 ,只起到加快传输电荷的作用 ,而不参与两极的电极反应，增强了溶液的导电性，利于水的电解，所以我们在实验中可以观察到阳极阴极都有大量气体生成，而且阴极气体比阳极的多，故点燃肥皂泡产生较大的爆鸣声。2、加入稀硫酸，硫酸强碱盐，氢氧化钠等电解质对电解水的速率影响很大，水溶液中自由移动的离子数量越多，电解水的速率越快，但溶液中放电的离子仍是H+,OH-，因此电解的物质仍然是水

6、。3、大头针上镀有镍，理论上，电解过程不应该出现沉淀，而实验中出现了沉淀，可能是大头针使用的次数过多，外层保护金属已被电解，露出里面的铁，因此电解时阳极的铁电解，最后生成红褐色氢氧化铁沉淀。五、实验后的自我反思与评价微型实验最显著的特点就是实验仪器简单、简便，实验药品需要量少，适宜学生独立或合作完成。化学课中的演示实验在整个化学实验中占有很大的比例，如果将演示实验改为学生用微型仪器操作，就可以增加每位学生的实验机会。同时，微型实验的现象明显，实验时间较短但取得较好的效果，可以吸引学生学习的积极性，趣味性很强，学生了传统实验之后会觉得此实验新奇而有趣。而电解水是初中化学中的一个重要实验，为增加实

7、验的效果 ,在做该实验时往往会加入一定浓度的NaOH、Na2SO4等强电解质溶液。加入的 NaOH浓度越大 ,其电解效果越好。但由于浓度大其碱的特点越突出 ,而偏离了电解水的本意。因而也不宜采用太大浓度的NaOH水溶液，较适宜的浓度为5%以下。加入一定浓度的Na2SO4溶液，有利于电解水实验的进行。但由于溶液中Na+和SO42-离子只起到加快电解液中电荷传递的速率作用，而不直接参加电极反应，因而其效果也不如加入NaOH好。但是，本实验探究结果不能观察到电解产生的氢气与氧气的体积比，故利用微型实验技术进行点解水的实验存在一定的缺陷。手持实验技术在实验教学中的应用研究一、实验目的1、教学研究目的：

8、理解手持实验技术在实验教学中的应用原理通过手持实验的操作，掌握手持实验技术并运用于化学实验中2、本次实验目的：掌握利用手持技术探究中和反应pH的变化规律。了解pH值变化突跃点的运用。探究中和反应的本质。二、实验原理手持实验技术是一套先进的便携式数据采集系统，可以利用对许多自然现象和科学进行探究性学习。手持实验技术主要由两部分组成：数据采集器和传感器。传感器是一系列根据一定的物理化学原理制成的物理化学量的感应器具，它们能把外界环境中的某个物理化学量的变化以电信号的方式输出，再经数据模拟装置转化成数据或图表的形式在数据采集器显示并存储起来。向酸(或碱)溶液中滴加碱(或酸)溶液，混合溶液pH必然会发

9、生变化。使用pH传感器检测混合溶液在滴定过程中pH的变化情况，并借助计算机以图像形式显示出来，即可得到酸碱中和滴定曲线。而且，酸碱反应过程中存在着(C酸=C碱V碱/V酸)，并运用终点所用碱的体积/计量点所用碱的体积=终点时间/计量点时间，得出计量点所用滴定剂的体积，精确测量可以计算出待测物质的浓度。三、实验过程1、实验仪器与试剂：仪器：数据采集器、pH传感器、磁力搅拌器、酸式滴定管试剂：0.1mol/L盐酸、0.1mol/L氢氧化钠溶液、氨水2、实验装置图：3、实验步骤：量取20mL氢氧化钠溶液（0.1mol/L）于100mL烧杯中；酸式滴定管用0.1mol/L盐酸润洗，装液，调零；打开磁力搅

10、拌器，设置软件，开始记录数据的同时打开酸式滴定管活塞，控制滴加速度稳定；待加入盐酸与氢氧化钠溶液体积比约为1：1，停止数据记录；量取20mL氨水于100mL烧杯中，重复步骤-；关闭酸式滴定管活塞、磁力搅拌器，拆除并清洗仪器。4、实验记录：图（1） 盐酸滴定NaOH过程pH变化图（2） 盐酸滴定氨水过程pH变化20.00mL NaOH溶液20.00mL 氨水0.1 mol/L HCl溶液pH=7.0 消耗HCl溶液9.70mLpH=7.0 消耗HCl溶液30.37mLpH=4.7 消耗HCl溶液30.77mLpH=2.5 消耗HCl溶液31.32mL四、问题与探究1、 在用准确浓度0.1mol/

11、L盐酸溶液滴定未知浓度的实验室提供的NaOH溶液的时候，pH值变化总趋势：盐酸开始滴加时，溶液的pH值缓慢降低，随后降低程度逐渐加快，直到接近计量点，曲线发生了突变，溶液显酸性，曲线趋向直线状态。按理论说突跃点应该是7.0，这个点表示酸碱中完毕， 并可通过此点的时间的在酸式滴定管上读出的示数：消耗NaOH溶液9.70mL，可利用公式算出待测的NaOH溶液的物质的浓度。 但是实验数据测得的涂乐点，即上图中的A点，大约为6.5，比理论值小。造成实验值与理论值不符的原因可能是，实验室提供的氢氧化钠溶液摆放时间过长，吸收了空气中的CO2使得NaOH溶液中有较大量的Na2CO3使得计量点比理论值偏低。2

12、、在用准确浓度0.1mol/L盐酸溶液滴定未知浓度的实验室提供的氨水溶液的时候，pH值变化总趋势：盐酸开始滴加时，由于盐酸滴加的速率过慢，溶液的pH值缓慢降低，但是变化不明显。一段时间后，降低程度逐渐加快，直到接近计量点，曲线发生了突变，溶液显酸性。然而在曲线的末端，pH值有向上的趋势。而计量点在7.0下方（即上图B点），主要是因为：在逐渐滴加盐酸中和氨水的过程中，生成的NH4+物质的量增大，其水解作用影响pH值的大小，故滴加盐酸的量要多很多才能使pH下降而产生突降点。五、实验后的自我反思与评价我们所熟悉的酸碱中和滴定，都是通过滴加指示剂颜色的变化来说明pH发生突变，从而化学计量点时的数值，进

13、而计算。但学生无法知道中和滴定过程中具体的pH值变化、滴定前后溶液中各种粒子浓度变化，无法对化学计量点附近的突跃进行理性认识。利用手持技术中的pH传感器测定物质的量浓度的方法，不仅可以减小指示剂种类和浓度产生的误差，而且可以避免人为因素的干扰，实验方法简单方便。本实验通过强酸滴定强碱，使学生掌握了测定酸(或碱)浓度的方法，更使学生对酸碱中和反应的实质有了更加直观深刻的认识。参考文献：1钱扬义.手持技术在理科实验中的应用研究【M】北京.高等教育出版社,2003:223-2282王正烈.周亚平等.物理化学(下册)【M】北京.高等教育出版社,2001:9-123陈连山等.利用计算法确定电导滴定多元组分的浓度【J】分析仪器.1995,