用數(shù)字化信息系統(tǒng)測(cè)定氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)

《化學(xué)》（上教版9年級(jí)第2學(xué)期）第5章講述堿的化學(xué)性質(zhì)時(shí)，涉及到氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)，該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)本身沒有明顯的現(xiàn)象，中學(xué)化學(xué)教材及相關(guān)資料中也僅僅利用了檢驗(yàn)生成物，運(yùn)用密閉容器中反應(yīng)前后壓強(qiáng)差等定性方法證明反應(yīng)的發(fā)生。為此，我借助數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）測(cè)定化學(xué)反應(yīng)中二氧化碳濃度、pH值的變化，從定量的角度證明氫氧化鈉能與二氧化碳反應(yīng)。設(shè)計(jì)了如圖1所示的裝置。

實(shí)驗(yàn)用品

350mL定制反應(yīng)容器（2個(gè)）、pH傳感器（2個(gè)）、pH采集器（2個(gè)）、二氧化碳傳感器（2個(gè)）、注射器（2個(gè)）、制取二氧化碳的實(shí)驗(yàn)裝置和藥品、DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及設(shè)備。

實(shí)驗(yàn)步驟和現(xiàn)象

將二氧化碳傳感器、pH傳感器與采集器、電腦連接。

用2個(gè)注射器分別抽取40mL飽和氫氧化鈉溶液和水。

分別將帶有二氧化碳傳感器、pH采集器、注射器的橡皮塞塞在盛有二氧化碳的反應(yīng)容器上。

打開二氧化碳傳感器、pH傳感器開關(guān)，打開相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)?zāi)０?，單擊“脫機(jī)”，單擊“開始”選項(xiàng)，采集二氧化碳濃度。

待二氧化碳濃度示數(shù)穩(wěn)定后，將注射器中的氫氧化鈉溶液和水迅速注入專用反應(yīng)容器中，觀察圖像中顯示的二氧化碳濃度、pH值隨時(shí)間的變化。

待二氧化碳的濃度、pH值穩(wěn)定后，單擊“結(jié)束”并保存實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)。

現(xiàn)象1（如圖2所示）：氫氧化鈉溶液消耗二氧化碳的量遠(yuǎn)多于水。

現(xiàn)象2（如圖3所示）：氫氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)后，pH值變化范圍是11～7.14，水與二氧化碳反應(yīng)后，pH值變化范圍是6～5。實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新之處

通過采集二氧化碳的濃度、pH值，可以及時(shí)、準(zhǔn)確地通過圖像顯示化學(xué)反應(yīng)中人體感官不能感知的現(xiàn)象，提供了一種新的實(shí)驗(yàn)探究方法。

本裝置包含水與二氧化碳的反應(yīng)，排除了氫氧化鈉溶液中溶劑水對(duì)二氧化碳消耗量減少的影響。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更加明顯、準(zhǔn)確。

裝置簡(jiǎn)單，操作方便。明顯、直觀的現(xiàn)象使學(xué)生更易明白酸性氣體的處理方法，即用氫氧化鈉溶液吸收。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)說明

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是關(guān)于等體積的氫氧化鈉飽和溶液、水分別與等濃度的二氧化碳反應(yīng)，消耗二氧化碳、pH值變化的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。其中，二氧化碳與水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)主要是排除氫氧化鈉溶液中水對(duì)二氧化碳濃度減少的影響。在實(shí)驗(yàn)器材的選擇上，制取二氧化碳的發(fā)生裝置采用啟普發(fā)生器，便于控制二氧化碳的收集2個(gè)反應(yīng)容器采用體積相同的定制反應(yīng)容器，便于用排水法收集較純凈的二氧化碳，并在安裝傳感器時(shí)應(yīng)盡量減少瓶中二氧化碳的損失及空氣的進(jìn)入；氫氧化鈉溶液和水的加入通過2個(gè)體積相同的注射器，能有效控制加入的速度，操作方便、簡(jiǎn)單。

該項(xiàng)目獲得第27屆全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎(jiǎng)。

專家評(píng)語(yǔ)

該項(xiàng)目通過使用二氧化碳探測(cè)器和pH計(jì)，將中學(xué)化學(xué)中經(jīng)典的氫氧化鈉溶液與二氧化碳?xì)怏w的反應(yīng)作實(shí)時(shí)監(jiān)控，為中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的定量測(cè)試提供了非常好的教具。該項(xiàng)目原理科學(xué)，概念清晰，構(gòu)思巧妙，設(shè)計(jì)合理，作品教育性強(qiáng)。項(xiàng)目選題新穎，具有實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新，對(duì)傳統(tǒng)方法有突破。