利用多信道传感器技术探究酸碱中和反应的过程和本质

陈学东　严西平

摘要：文章采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率的数字化实验，并相互验证，帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

关键词：中和反应；多信道；传感器

文章编号：1008-0546（2014）09-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的义务教育教科书《化学》下册中通过三个活动对中和反应进行探究：1.在氢氧化钠溶液的烧杯中，滴加2-3滴酚酞试液，插入温度计测量溶液的温度，用胶头滴管逐滴滴加盐酸，边滴边搅拌，至溶液刚好变成无色。观察在实验过程中溶液的碱性和温度的变化。2.取实验1所得少量溶液于试管中，向其中加入一滴氢氧化钠溶液，观察溶液的颜色变化。3.用玻璃棒蘸取实验1所得溶液，加热至蒸干，观察现象。在课堂教学实践中，发现该实验虽然现象明显，但操作较烦琐。同时在后续酸碱中和反应实质的学习中，教师通常只是以动画演示或示意图的形式进行讲解，缺乏实验的佐证。随着现代信息技术的发展，采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率测定的数字化实验，并将它们相互验证，可以帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

实验仪器：

计算机、正方体数据采集器（型号LAB-PORT2）、正方体温度传感器（型号LAB-TS21A）正方体pH传感器（型号LAB-PH21A）、正方体电导率传感器（型号LAB-CONS23A）。

一、用温度传感器和pH传感器同步探究中和反应过程

1. 实验原理

在氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸，随着中和反应的发生，溶液的pH会发生改变，中和反应同时也是一个放热反应，反应过程中，溶液的温度也会随之发生变化。通过测定溶液的pH和温度的变化即可说明中和反应的发生和中和反应是放热反应的特征。

2. 实验过程

（1）将温度传感器、pH传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钠溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀盐酸并固定在铁架台上，将温度传感器、pH传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀盐酸，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、pH的数据并实时绘制出变化曲线，因为温度和pH这两个物理量变化范围相当，可以在同一坐标系中将反应过程中它们的变化曲线同时呈现（如图1），也可以在同一屏幕中将两个坐标系纵向排列，将两根曲线分开显示（如图2），便于教师在教学时进行对比。因为是基于同一次实验的数据所绘制的图，实验结果更科学、更有说服力。

3. 数据分析

从图1和图2均可看出，随着滴加的盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液pH逐渐下降、温度上升。当pH下降到7时，酸与碱恰好完全反应，这时溶液温度达到最高点。随着盐酸继续滴加，pH继续下降，但此时中和反应已不再进行，溶液的温度从最高点缓慢降低。两根曲线的对比准确地反映了整个过程中溶液的酸碱性和温度变化的特点。使学生直观地感受中和反应的过程和中和反应是放热反应的特征。

二、用电导率传感器和温度传感器同步探究中和反应的过程

1. 实验原理

中和反应的本质是酸中的H+的和碱中的OH-结合成H2O，反应时溶液中的离子浓度会逐渐减小。在溶液的学习中，学生已经知道了溶液的导电是由于电离出自由移动的离子的缘故，当溶液中自由移动的离子浓度发生变化，溶液导电性也会随之发生变化。利用电导率传感器测定中和反应过程中溶液电导率的变化，间接地反映出溶液中离子浓度的变化，可以表征中和反应的过程和本质。①

2. 实验过程

（1）将温度传感器、电导率传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钡溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀硫酸并固定在铁架台上，将温度传感器、电导率传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀硫酸溶液，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、电导率的数据并实时绘制出变化曲线，在同一屏幕上将中和反应过程中溶液的电导率的变化和温度的变化曲线同时呈现，并进行对比。

3. 数据分析

三、实验结论

1. 在初中化学中和反应的教学中采用传感器技术进行实验，可以准确地测定反应过程中溶液的pH、温度、电导率的变化过程，实验现象明显。尤其是利用电导率传感器测定反应过程中溶液电导率的变化可以间接地反映出溶液中离子浓度的变化，弥补了教材中的实验无法对酸碱中和反应的微观本质进行验证的遗憾。但实验过程中，我们也发现pH传感器和电导率传感器不能同时进行测定，相互会干扰。

2. 在课堂教学引入传感器技术进行数字化实验，是传统实验方案的有益补充，给我们的课堂实验探究提供了新的方法和新的手段。将传感器技术和传统实验结合起来，不仅可以提高实验的科学性和准确性，而且可以简化实验过程，减小实验误差。不仅能增强学生的学习兴趣，还有助于提高学生的科学素养。

3. 与单信道传感器实验相比，多信道传感器技术在实验中的应用，实现了一个反应多重表征，告诉学生同一个实验可以从多个不同的角度进行探究，丰富了实验的信息量，为教师开展课堂教学研讨提供了多样的素材。endprint

摘要：文章采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率的数字化实验，并相互验证，帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

关键词：中和反应；多信道；传感器

文章编号：1008-0546（2014）09-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的义务教育教科书《化学》下册中通过三个活动对中和反应进行探究：1.在氢氧化钠溶液的烧杯中，滴加2-3滴酚酞试液，插入温度计测量溶液的温度，用胶头滴管逐滴滴加盐酸，边滴边搅拌，至溶液刚好变成无色。观察在实验过程中溶液的碱性和温度的变化。2.取实验1所得少量溶液于试管中，向其中加入一滴氢氧化钠溶液，观察溶液的颜色变化。3.用玻璃棒蘸取实验1所得溶液，加热至蒸干，观察现象。在课堂教学实践中，发现该实验虽然现象明显，但操作较烦琐。同时在后续酸碱中和反应实质的学习中，教师通常只是以动画演示或示意图的形式进行讲解，缺乏实验的佐证。随着现代信息技术的发展，采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率测定的数字化实验，并将它们相互验证，可以帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

实验仪器：

计算机、正方体数据采集器（型号LAB-PORT2）、正方体温度传感器（型号LAB-TS21A）正方体pH传感器（型号LAB-PH21A）、正方体电导率传感器（型号LAB-CONS23A）。

一、用温度传感器和pH传感器同步探究中和反应过程

1. 实验原理

在氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸，随着中和反应的发生，溶液的pH会发生改变，中和反应同时也是一个放热反应，反应过程中，溶液的温度也会随之发生变化。通过测定溶液的pH和温度的变化即可说明中和反应的发生和中和反应是放热反应的特征。

2. 实验过程

（1）将温度传感器、pH传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钠溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀盐酸并固定在铁架台上，将温度传感器、pH传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀盐酸，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、pH的数据并实时绘制出变化曲线，因为温度和pH这两个物理量变化范围相当，可以在同一坐标系中将反应过程中它们的变化曲线同时呈现（如图1），也可以在同一屏幕中将两个坐标系纵向排列，将两根曲线分开显示（如图2），便于教师在教学时进行对比。因为是基于同一次实验的数据所绘制的图，实验结果更科学、更有说服力。

3. 数据分析

从图1和图2均可看出，随着滴加的盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液pH逐渐下降、温度上升。当pH下降到7时，酸与碱恰好完全反应，这时溶液温度达到最高点。随着盐酸继续滴加，pH继续下降，但此时中和反应已不再进行，溶液的温度从最高点缓慢降低。两根曲线的对比准确地反映了整个过程中溶液的酸碱性和温度变化的特点。使学生直观地感受中和反应的过程和中和反应是放热反应的特征。

二、用电导率传感器和温度传感器同步探究中和反应的过程

1. 实验原理

中和反应的本质是酸中的H+的和碱中的OH-结合成H2O，反应时溶液中的离子浓度会逐渐减小。在溶液的学习中，学生已经知道了溶液的导电是由于电离出自由移动的离子的缘故，当溶液中自由移动的离子浓度发生变化，溶液导电性也会随之发生变化。利用电导率传感器测定中和反应过程中溶液电导率的变化，间接地反映出溶液中离子浓度的变化，可以表征中和反应的过程和本质。①

2. 实验过程

（1）将温度传感器、电导率传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钡溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀硫酸并固定在铁架台上，将温度传感器、电导率传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀硫酸溶液，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、电导率的数据并实时绘制出变化曲线，在同一屏幕上将中和反应过程中溶液的电导率的变化和温度的变化曲线同时呈现，并进行对比。

3. 数据分析

三、实验结论

1. 在初中化学中和反应的教学中采用传感器技术进行实验，可以准确地测定反应过程中溶液的pH、温度、电导率的变化过程，实验现象明显。尤其是利用电导率传感器测定反应过程中溶液电导率的变化可以间接地反映出溶液中离子浓度的变化，弥补了教材中的实验无法对酸碱中和反应的微观本质进行验证的遗憾。但实验过程中，我们也发现pH传感器和电导率传感器不能同时进行测定，相互会干扰。

2. 在课堂教学引入传感器技术进行数字化实验，是传统实验方案的有益补充，给我们的课堂实验探究提供了新的方法和新的手段。将传感器技术和传统实验结合起来，不仅可以提高实验的科学性和准确性，而且可以简化实验过程，减小实验误差。不仅能增强学生的学习兴趣，还有助于提高学生的科学素养。

3. 与单信道传感器实验相比，多信道传感器技术在实验中的应用，实现了一个反应多重表征，告诉学生同一个实验可以从多个不同的角度进行探究，丰富了实验的信息量，为教师开展课堂教学研讨提供了多样的素材。endprint

摘要：文章采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率的数字化实验，并相互验证，帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

关键词：中和反应；多信道；传感器

文章编号：1008-0546（2014）09-0089-02 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.09.032

上海教育出版社的义务教育教科书《化学》下册中通过三个活动对中和反应进行探究：1.在氢氧化钠溶液的烧杯中，滴加2-3滴酚酞试液，插入温度计测量溶液的温度，用胶头滴管逐滴滴加盐酸，边滴边搅拌，至溶液刚好变成无色。观察在实验过程中溶液的碱性和温度的变化。2.取实验1所得少量溶液于试管中，向其中加入一滴氢氧化钠溶液，观察溶液的颜色变化。3.用玻璃棒蘸取实验1所得溶液，加热至蒸干，观察现象。在课堂教学实践中，发现该实验虽然现象明显，但操作较烦琐。同时在后续酸碱中和反应实质的学习中，教师通常只是以动画演示或示意图的形式进行讲解，缺乏实验的佐证。随着现代信息技术的发展，采用多信道传感器技术，进行中和反应过程中pH、温度及电导率测定的数字化实验，并将它们相互验证，可以帮助学生更好地理解中和反应的过程、特点和本质。

实验仪器：

计算机、正方体数据采集器（型号LAB-PORT2）、正方体温度传感器（型号LAB-TS21A）正方体pH传感器（型号LAB-PH21A）、正方体电导率传感器（型号LAB-CONS23A）。

一、用温度传感器和pH传感器同步探究中和反应过程

1. 实验原理

在氢氧化钠溶液中滴加稀盐酸，随着中和反应的发生，溶液的pH会发生改变，中和反应同时也是一个放热反应，反应过程中，溶液的温度也会随之发生变化。通过测定溶液的pH和温度的变化即可说明中和反应的发生和中和反应是放热反应的特征。

2. 实验过程

（1）将温度传感器、pH传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钠溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀盐酸并固定在铁架台上，将温度传感器、pH传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀盐酸，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、pH的数据并实时绘制出变化曲线，因为温度和pH这两个物理量变化范围相当，可以在同一坐标系中将反应过程中它们的变化曲线同时呈现（如图1），也可以在同一屏幕中将两个坐标系纵向排列，将两根曲线分开显示（如图2），便于教师在教学时进行对比。因为是基于同一次实验的数据所绘制的图，实验结果更科学、更有说服力。

3. 数据分析

从图1和图2均可看出，随着滴加的盐酸与氢氧化钠溶液的反应，溶液pH逐渐下降、温度上升。当pH下降到7时，酸与碱恰好完全反应，这时溶液温度达到最高点。随着盐酸继续滴加，pH继续下降，但此时中和反应已不再进行，溶液的温度从最高点缓慢降低。两根曲线的对比准确地反映了整个过程中溶液的酸碱性和温度变化的特点。使学生直观地感受中和反应的过程和中和反应是放热反应的特征。

二、用电导率传感器和温度传感器同步探究中和反应的过程

1. 实验原理

中和反应的本质是酸中的H+的和碱中的OH-结合成H2O，反应时溶液中的离子浓度会逐渐减小。在溶液的学习中，学生已经知道了溶液的导电是由于电离出自由移动的离子的缘故，当溶液中自由移动的离子浓度发生变化，溶液导电性也会随之发生变化。利用电导率传感器测定中和反应过程中溶液电导率的变化，间接地反映出溶液中离子浓度的变化，可以表征中和反应的过程和本质。①

2. 实验过程

（1）将温度传感器、电导率传感器连接到数据采集器，数据采集器连接计算机，打开计算机软件。取50mL氢氧化钡溶液于250mL的烧杯中，烧杯中放入磁力搅拌子，并将烧杯置于磁力搅拌器上，在滴定管中加满稀硫酸并固定在铁架台上，将温度传感器、电导率传感器同时插入烧杯中。

（2）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌，滴加稀硫酸溶液，点击开始按钮，同时采集反应过程中温度、电导率的数据并实时绘制出变化曲线，在同一屏幕上将中和反应过程中溶液的电导率的变化和温度的变化曲线同时呈现，并进行对比。

3. 数据分析

三、实验结论

1. 在初中化学中和反应的教学中采用传感器技术进行实验，可以准确地测定反应过程中溶液的pH、温度、电导率的变化过程，实验现象明显。尤其是利用电导率传感器测定反应过程中溶液电导率的变化可以间接地反映出溶液中离子浓度的变化，弥补了教材中的实验无法对酸碱中和反应的微观本质进行验证的遗憾。但实验过程中，我们也发现pH传感器和电导率传感器不能同时进行测定，相互会干扰。

2. 在课堂教学引入传感器技术进行数字化实验，是传统实验方案的有益补充，给我们的课堂实验探究提供了新的方法和新的手段。将传感器技术和传统实验结合起来，不仅可以提高实验的科学性和准确性，而且可以简化实验过程，减小实验误差。不仅能增强学生的学习兴趣，还有助于提高学生的科学素养。

3. 与单信道传感器实验相比，多信道传感器技术在实验中的应用，实现了一个反应多重表征，告诉学生同一个实验可以从多个不同的角度进行探究，丰富了实验的信息量，为教师开展课堂教学研讨提供了多样的素材。endprint