新型实验技术的应用.docx

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新型实验技术的应用

实验六新型实验技术的应用

20092401015

实验内容一：

利用微型实验仪器电解水实验设计

一、实验目的：

1、教学研究目的

1激发学生学习化学的兴趣；

2培养学生的动手能力和观察能力；

3培养学生的操作性思维能力和探究能力；

4培养学生的环保意识和绿色化学观念。

2、本次实验目的

①理解在不同电解质溶液环境中电解水的原理规律；

②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：

水中存在H+和OH-，在通电的情况下，H+向负极移动，而OH-向正极移动，H+在负极得电子而变成氢气，OH-在水参与下失去电子而得到H+和氧气，得到的H+又移向负极，从而接通外部电源成为回路。

酸性条件下电极反应为：

负极：

4H++4e-==2H2↑

正极：

2H2O-4e-==4H++O2↑

碱性条件下电极反应为：

负极：

正极：

总反应：

2H2O

2H2↑＋O2↑

在纯水中加入不同电解质，电极反应可能会有所不同。

三、实验过程

1、实验仪器与药品：

仪器：

多用滴管、井穴板、低压电源、大头针（表面镀镍）、肥皂水、火柴

试剂：

自来水、Na2SO3溶液、NaOH溶液、CuSO4溶液，NH4Cl溶液，KSCN溶液，H2O2溶液，硫酸溶液。

2、实验步骤

①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；

②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；

③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在多用滴管中换取Na2SO3溶液、NaOH溶液，CuSO4溶液和NH4Cl溶液，接通电源，重复步骤②和③。

3、实验装置图

4、实验记录

所用溶液

实验现象

实验解释

电极

溶液

肥皂泡

水

负极有少量气泡，正极有绿色絮状物。

此时电源显示电流0A，电压14V。

溶液变黄。

久置后灰绿色沉淀变黑，溶液变清澈

产生小且少的一些气泡，无法点燃。

大头针上镀有镍，所以电极反应可能为：

阳极的反应：

Ni→Ni2++2e-

阴极的反应：

Ni2++2OH-→Ni（OH）2

溶液中溶Ni2+所以呈黄色；Ni（OH）2为蓝绿色具有还原性的氢氧化物，久置被空气氧化成NiO（OH）；水做电解质溶液，浓度低，导电效果差，产生的气泡比较少没有爆鸣声。

Na2SO3

两级都有气泡。

电流0.4A，电压14V。

溶液变黄绿，最后变黑。

有肥皂泡产生，但点燃没有尖锐的爆鸣声。

检验Na2SO3中黑色沉淀：

1加硫酸溶液，有气泡产生，溶液变无色；

2加KSCN溶液，溶液稍微变红；

3加H2O2溶液，溶液变为血红色。

根据上述检验的实验现象，可以知道黑色沉淀中有SO32-，少量Fe3+和Fe2+。

推测由于镍层损坏，大头针的铁裸露出来，电极反应方程式为：

阴极的反应：

Fe→Fe2++2e-

阳极反应：

Ni2+、NiO（OH）、SO32-、OH-和Fe2+等相互作用生成某黑色沉淀。

收集到的气体中，由于一部分氧气用于氧化Ni（OH）2，所以气体中氢气较纯，爆鸣声不尖锐。

氢氧化钠

两级都有气泡，负极的气泡比较多。

电流1.6A，电压14V。

溶液没有明显变化

有肥皂泡产生，点燃肥皂泡有明显的爆鸣声。

阴极的反应：

阳极的反应：

实验中没有看到红褐色沉淀，溶液颜色也没有明显变化，证明电极上的Fe并没有溶解，否则通过以下反应能观察到红褐色沉淀：

可能由于氢氧化钠溶液浓度的影响，电极上的Fe的电极电势达不到溶解的电极电势，所以没有溶解。

CuSO4

正极有气泡，负极有红色沉淀。

电流为0.3A，电压为14V。

溶液颜色变浅

有肥皂泡产生，点燃肥皂泡有明显的爆鸣声。

阴极的反应：

阳极的反应：

可能由于大头针上存在杂质，在阳极上形成一个原电池，Cu2++2e-→Cu生成红色的Cu附在阳极上面，由于Cu2+的消耗，溶液的颜色变浅。

NH4Cl

两级都有气泡产生，电流0.2A，电压14V。

溶液逐渐变为浅绿色

有肥皂泡产生，但点燃没有尖锐的爆鸣声。

阴极的反应：

NH4++OH-→NH3↑+H2O

阳极的反应：

2Cl-→Cl2↑+2e-

生成的Cl2溶于水，溶液呈浅黄绿色。

四、问题与探究

由上述实验现象可知：

1.电解自来水是，由于其中可自由移动的离子数量少，因此导电效果很差，看不到明显有气泡产生现象。

2.加入亚硫酸钠、氢氧化钠等强电解质溶液，溶液导电性大大增强，有明显的电解现象。

此时溶液中放电的离子与阴阳极的电极电势有关，并非只有H+和OH-放电了，且由于用到的电极，即大头针上镀有镍，镍破损后裸露的铁也可以参与电极反应，所以通电后会有不同现象产生。

3、电解后的爆鸣实验，氢气的爆鸣声不仅与收集到的气体量有关，也跟氢气和氧气的比例有关。

若氢气远远高于氧气的量，则点燃时听到“砰”的声音，而不是尖锐的爆鸣声；若氧气远远高于氢气的量，由于氢气不足，可能没法点燃肥皂泡。

4、中学实验中还有以下几个实验可以利用微型实验：

例如：

钠与水的反应：

2Na+2H2O

2NaOH+H2↑

装置图：

原因：

由于钠与水的反应具有一定的危险性，且金属钠比较昂贵，上述述微型实验装置图中，钠在密闭的容器中反应，安全快捷，操作简单、现象明显。

由于危险而备受关注的钠与水反应和氢气的验证实验，在该微型实验使[2]，。

该实验不仅为学生对钠与水的反应、反应生成物的检验、反应中热量的变化以及金属钠的熔点、密度等的认识提供了丰富的第一手材料，而且实验具有趣味性，有利于激发学生的学习兴趣。

五、实验后的自我反思与评价

这次实验主要还是电解水的实验，但是使用不同的电解质，反应现象都是明显的不同，有些现象甚至与书本和预想很不一样。

比如说电解水的反应现象，理论上是阴阳极都有气泡产生，而溶液没明显现象，而实际上的反应现象却大不一样。

所以在本实验过程中，我做到l随时开动脑筋思考并提出猜想，然后用实验用品来验证我的猜想。

此微型实验实验装置简单，实验用品用量少，而且实验操作简单安全，很适宜放在中学中，让学生亲自动手，培养学生的动手能力和探究能力等。

但是在操作过程中要注意提醒学生电极不可以接触，以免造成短路，损坏仪器，另外做氢气爆鸣实验时要注意人身安全，实验过程中不要嬉笑打骂。

实验内容二：

手持技术应用于酸碱滴定实验

一、实验目的：

1、教学研究目的：

①在实验过程中，学会让学生成为实验活动的主体，形成师生共同探讨的教学模式，真正做到“做中学”的目的。

②在实验过程中，培养学生的创新思维以及发现问题，提出问题，解决问题，搜集处理数据的能力。

2、本次实验目的：

①理解手持实验技术在实验教学中的应用原理。

②学会利用手持技术测量中和反应pH的变化曲线。

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三部分组成：

数据采集器、传感器和计算机处理数据软件。

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。

由于酸碱中和滴定的全过程均是在溶液中进行的，溶液中pH的变化随着滴定过程的进行而发生变化，因此，溶液的pH可以表征溶液中离子（如H+）的浓度。

在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子反应生成水使溶液的pH发生变化。

因此，可通过滴定曲线上的突跃点来确定滴定终点。

本次实验主要采用手持技术仪器（主要包括数据采集器与pH传感器），通过计算机处理数据，为学生深刻理解中和滴定提供了技术条件。

三、实验过程

1、实验仪器和试剂：

①仪器

数据采集器1个笔记本电脑1台

磁子搅拌器1台铁架台1个

烧杯2个量筒（100mL）1个

pH传感器1个碱式滴定管1个

②药品

盐酸（0.1mol/L）氢氧化钠溶液（0.1mol/L）

醋酸溶液（0.1mol/L）

2、实验步骤：

①量取20mL盐酸溶液（0.1mol/L）于50mL烧杯中；

②碱式滴定管用0.1mol/L氢氧化钠溶液润洗，装液，调零；

③打开磁力搅拌器，设置软件；

4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，pH曲线出现发生突变时读取氢氧化钠溶液的体积。

5待pH曲线变平缓时，停止数据记录，关闭碱式滴定管活塞、磁力搅拌器，拆除并清洗仪器。

3、实验装置图：

4、实验记录：

图一、氢氧化钠滴定盐酸过程pH变化

图二、氢氧化钠滴定醋酸过程pH变化

四、问题与探究

①0.1mol/L的氢氧化钠溶液滴定20ml0.1mol/L的盐酸溶液，pH为7时大概消耗氢氧化钠溶液22.7ml。

说明了所取用的氢氧化钠溶液的浓度比盐酸溶液的浓度低一点点。

但是由于取用盐酸溶液时是用量筒量取的，本身精度很低，且盐酸和氢氧化钠溶液的精确浓度也不确定，所以测得的体积的实验值仅供参考。

②从图一中可以看出，烧杯中溶液经历了酸性——中性——碱性的过程。

刚开始时pH在1，证明盐酸的浓度在0.1mol/L左右，随后在pH为2.5时，溶液pH开始有突变，至pH为9.5左右，突变停止，曲线变得平缓。

而在分析化学中，酸碱中和pH滴定曲线图的突变范围是跟指示剂的指示范围有关，在本实验中，曲线的突变点不在pH=7.0附近，这传感器的测定的灵敏度有关，也与实验过程中的滴加速度有关。

③0.1mol/L氢氧化钠溶液滴定20ml0.1mol/L的醋酸溶液，当pH=7时，大约消耗了8.1ml的氢氧化钠溶液，当pH=8时，消耗了8.4ml氢氧化钠。

由于醋酸是弱酸，而氢氧化钠是强酸，当两者浓度大概相等时，消耗氢氧化钠的体积远少于醋酸的体积。

④从图二中可以看出，从10s到50s这个时间段中，醋酸的pH值变化经历了一个比较缓慢上升的过程，这是由于醋酸是弱酸，当氢氧化钠的加入消耗了一定量的H+时，其余未电离的醋酸产生电离，补充溶液中的H+，所以溶液的pH变化比较缓慢。

⑤从上述两幅图中，看到的曲线比较平滑，没有出现小峰，说明实验过程中溶液的搅拌比较均匀，传感器的工作稳定性比较好。

五、实验后的自我反思与评价

我们这组所获得的曲线图比较平滑而且突变也很明显，不足之处在于突变点不在理论值附近。

本实验的操作也十分简单，关键是能够以平稳的速度滴加碱液，以及在实验后对实验结果进行思考分析。

而在实验过程中，虽然实验简单，我们也一样严肃对待，有条不紊地进行实验，并且在实验过程中一边观察现象一边思考讨论实验的结果，很好地达到沟通交流，锻炼思维的目的。

以往的滴定实验都只是定性试验，我们都是通过滴加指示剂，通过溶液颜色的变化来说明pH发生突变，但是对溶液中的pH值变化没有一个很直观的认识。

通过手持实验装置，可以很简单地反应时间和溶液pH值变化的关系很直观地表现出来，用数据说话根据说服力。

以图表的形式得出实验结果，还可以锻炼学生的获取，分析和加工信息的能力。

但是手持实验的运用也使用了一些对于中学生而言比较陌生的仪器，比如说数据采集器，对于仪器的理解和运用可能会增加学生做实验时以及实验后数据分析的困难。

所以，若应用到中学实验中，在实验前最好能够通俗易懂地介绍一下仪器原理和使用。