用色度传感器测定化学反应速率的实验教学.pdf
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1、572023年第6 期用色度传感器测定化学反应速率的实验教学戴崇超(上海市曹杨第二中学,上海200062)摘要:利用色度传感器,测定酸性高锰酸钾溶液与乙醛溶液反应过程中溶液的吸光度变化,并通过分析、比较各组实验中反应物的物质的量与物质的量浓度和溶液吸光度变化之间的关系,让学生学会选用合适的物理量表示化学反应速率,并在真实情境中掌握化学反应速率的计算。关键词:化学反应速率;色度传感器;实验探究文章编号:10 0 5-6 6 2 9(2 0 2 3)0 6-0 0 5 7-0 3中图分类号:G633.8文献标识码:B1研究背景在化学反应速率的教学中,已有许多数字化实验的改进和创新,让学生不仅能通过
2、宏观实验现象,也能通过数据和图像曲线,多维度地感知化学反应的快慢、学习化学反应速率的相关概念以及影响化学反应速率的因素1.2 但在定量表示化学反应快慢时,为什么一般用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加表示化学反应速率,而不用质量或物质的量的变化来表示化学反应速率是学生应该关注的问题;同时掌握化学反应速率的计算以及理解同一化学反应,用不同物质表示的化学反应速率之间的关系也是教学的重点、难点之一。本文通过对实验曲线和数据的挖掘,帮助学生构建化学反应速率的概念,让学生学会选取合适的物理量表示化学反应速率;通过读取曲线中一段时间内的反应物浓度变化的数据,让学生在真实情景中掌握化学反应速率的计
3、算,理解同一化学反应,用不同物质表示的反应速率之间的关系32实验设计2.1实验原理使用色度传感器测定不同浓度、不同体积的酸性高锰酸钾溶液与乙醛溶液的反应,2 MnO+5CH,CHO+6H*2Mn2*+5CH,C0OH+3H,O,并测定反应过程中溶液吸光度的变化,利用朗伯-比尔定律,将吸光度换算为c(M n O),并进行化学反应速率的计算。2.2实验试剂和仪器实验仪器:色度传感器、数据采集器、比色皿、5 mL针筒实验试剂:预先配制两组KMnO4与H,SO4的混合溶液:第一组混合溶液中c(K M n O 4)=0.0 1 m o l/L,c(H,SO4)=1.0 mol/L;第二组混合溶液中c(K
4、 M n O 4)=0.0 15 m o l/L,c(H,SO4)=1.5 mol/L;两组 CH,CHO溶液:第一组 c(CH,CHO)=0.1 mol/L;第二组 c(CH,CHO)=0.15 mol/L2.3实验过程2MnO,+5CH,CHO+6H*2Mn2*+5CH,C00H+3H,O,反应过程中,溶液紫色逐渐变浅,利用色度传感器,测定反应过程中溶液吸光度数据的变化,进行三组实验。实验一:0.0 1mol/LKMnO4和1.0 mol/LH,SO4的混合溶液1.0 mL与0.1mol/L乙醛溶液1.0 mL实验二:0.0 1mol/LKMnO4和1.0 mol/LH,S04的混合溶液1
5、.5 mL与0.1mol/L乙醛溶液1.5 mL实验三:0.0 15 mol/LKMnO4和1.5 mol/LH,SO4的58化学教学实验教学实验研究混合溶液1.0 mL与0.15 mol/L乙醛溶液1.0 mL实验时,先向比色皿中加人乙醛溶液,之后点开数据采集器,在经过相同时间后,加入预先配制的KMnO4与H,SO4的混合溶液,分别进行三组实验,并通过色度传感器测定溶液吸光度的变化,在移除由于实验操作和溶液混合过程中造成的吸光度数据扰动后,将三条曲线呈现于同一张图,得图1。1.8实验三1.61.41.21.0实验一和实验0.830405060时间(秒)图1实验一、实验二和实验三吸光度变化曲线
6、2.4实验设计方案说明(1)实验一和实验二为对照组,两组实验C反应物相同,而几反应物不同。(2)实验二和实验三为对照组,两组实验n反应物相同,而 C反应物不同。(3)三组实验混合后溶液总体积分别为2.0 mL和3.0mL,因为如果取用的溶液体积过大,会导致溶液在注人比色皿的过程中无法充分混合;量取溶液体积过小,也会导致量取的相对误差偏大。由于针筒每次量取体积时会存在少量的偏差,所以预先将高锰酸钾和硫酸溶液混合,这样每组实验只要取用两次溶液即可,既能减少课堂演示时的误差,也能缩短课堂演示的时间,同时也能让实验一和实验二的曲线吻合度更高,避免对学生学习造成过大的干扰。3实验结果分析,数字化实验素材
7、的挖掘及其在教学过程中的应用图2 是笔者在课堂实践过程中设计的教学环节,上述数字化实验可以贯穿运用于课堂环节2 的教学过程。1.利用生活经验或已有知识判断反应快慢环节1:感受2.演示实验碳酸钙和镁带分别与盐酸反应化学反应快慢3.观察酸碱中和时溶液电导率曲线的变化1.运用物理学中速率的概念,初步建立定量表示反应快慢的方法2.借助色度传感器,测定不同浓度、不同体环节2:探究定积的硫酸酸化的KMnO.溶液与乙醛溶液反应量表示化学反时溶液吸光度的变化;探究表示化学反应快应快慢的方法慢的方法,掌握选用合适的物理量和单位表示化学反应速率3.将吸光度的数值换算为高锰酸根离子的浓度,并进行化学反应速率的计算;
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