气体压强传感器在定量实验中的应用

张苧丹

摘要：将数字化实验与定量型化学实验相结合，以气体压强传感器作为主要的实验设备，利用过氧化钠与足量的水反应，通过测定反应前后体系中压强的变化，从而实现测定长期放置的过氧化钠的百分含量。并探讨利用该方法，实现化学拓展课程中定量实验的设计。

关键词：定量实验；数字化实验；气体压力传感器

文章编号：1008-0546（2018）11-0093-02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.030

定量型实验，是指对某些“量”具有准确要求的化学实验，这种实验不仅能培养学生严谨的科学态度、规范的操作要领、创新能力等，还有利于学生综合运用所学知识、技能去解决问题，形成“量”的概念，以及形成“量变到质变”、“微观到宏观”等科学的方法论与价值观 [1]。

基于数字化信息系统（DIS）的化学定量实验是一种新型的实验方法，利用传感器对连续变化和微小数据量变化的测量是它的优势和特点。传感器技术不仅可以使实验过程中的“变化”变得明晰，而且从定量的角度反映实验过程的变化，以获得精确的实验结果 [2]。因此，在中学阶段开发基于数字化实验为基础的定量实验校本课程具有重要的意义。

气体压力传感技术作为DIS实验技术的一种，可以监测在恒容、密闭体系中气体微弱的压强变化，因此可以将其用于研究有气压变化的化学定量实验。本文以气体压强传感器作为主要的实验设备，测定长期放置的过氧化钠的百分含量，并探讨利用该方法，实现化学拓展课程中定量实验的设计。

一、实验原理

二、实验仪器和药品

压强传感器，温度传感器、计算机及相应配套软件、电子天平、锥形瓶、试管、镊子、10mL量筒、过氧化钠、蒸餾水。

三、实验步骤

（1）通过排液法测得锥形瓶的容积：V=268mL。

（2）如图所示，将数据采集器、压强传感器、温度传感器和计算机相连。

（3）称取一定质量的过氧化钠，然后将该过氧化钠置于干燥的锥形瓶中。

（4）用量筒量取10.0mL的水于小试管中，将小试管用镊子小心地放入锥形瓶中。按图1所示连接好装置。

（5）打开LoggerPro软件。待初始压强趋于稳定后，启动“采集”按钮，计算机开始采集反应体系的压强与温度数据。迅速倾斜锥形瓶，使试管中的水进入锥形瓶中，小心地摇动锥形瓶，加速过氧化钠与水的反应。

（6）观察压强随时间的变化曲线，当气体压强达到稳定的数值后，停止采集数据。

（7）重复实验两次。

四、实验结果与分析

图2、3、4分别为三组实验过程中体系内气压变化曲线。当试管中的水与锥形瓶中的过氧化钠接触后，由于氧气的大量产生，锥形瓶内的压强迅速增大，直至反应结束，压强趋于稳定。采集反应前后的压强，利用理想气体状态方程，计算得到过氧化钠的百分含量。实验结果如表1所示。

五、拓展应用

将数字化实验与定量型化学实验相结合，可以使实验过程中微量变化变得明晰，有助于实现化学定量实验中的微量成分的快速分析。本实验设计以气体压强传感器作为主要的实验设备，利用过氧化钠与足量的水反应，通过测定反应前后体系中压强的变化，从而实现测定长期放置的过氧化钠的百分含量。利用该方法，可以设计一系列反应过程中存在压强变化的拓展定量实验，实现成分的快速分析，如：镁铝合金中铝含量的测定，可以采用样品与氢氧化钠溶液反应，2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑，通过压力传感器测定反应前后压强的变化，测定产生氢气的量，从而确定铝含量；又如：小苏打中碳酸氢钠含量的测定，可以采用小苏打与稀硫酸反应，2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2CO2↑+2H2O，利用压强变化，确定碳酸氢钠与稀硫酸反应产生的二氧化碳的量，从而确定碳酸氢钠的含量等等。该方法为我们定量实验化学拓展课程的设计提供了新的思路和方法。

参考文献

[1] 王川，刘勇，李树伟.浅议在中学化学教学中增加定量型实验的意义[J].化学教育，2012（4）：66-68

[2] 罗敏，罗传春.基于传感器技术的两个定量实验案例[J].中学化学教学参考，2016（6）：58-59