基于手持技術的“CO2與Ca（OH）2反應”基于手持技術的“CO2與Ca（OH）2反應”

鄭少綿 王曉林 衷明華

[摘要]手持技術的應用可使抽象的微觀反應變得真實、實時、快捷，將反應的定性變?yōu)槎糠治?，如對“”借助pH傳感器提供可信的數(shù)據，進行對比分析，從而揭秘反應的事實和用途。

[關鍵詞]手持技術實驗數(shù)據分析

[中圖分類號]G633.8[文獻標識碼]A[文章編號]16746058（2015）140000

在探究實驗中發(fā)現(xiàn)，不是所有化學實驗都能靠肉眼觀察并得出結論的。手持技術作為一種新興的實驗手段，極大地豐富了化學實驗的研究內容、拓展了化學實驗的研究范圍，為信息時代下的化學實驗數(shù)據源帶來了新的變革，而手持技術運用到課堂課堂教學的前提也是本著恰當、適時、必須、有度的原則，盡可能發(fā)揮手持技術的最大特點——變復雜為簡單，變抽象為直觀，變靜態(tài)為動態(tài)，變定性為定量，為化學傳統(tǒng)實驗難以解決的問題探索出了一條新的途徑。

一、名詞解釋：手持技術

1.原理

何謂手持技術？它是利用傳感器、數(shù)據采集器、電腦（已安裝相應軟件）這三者進行連接，把溫度、色度等連續(xù)變化的物理量轉化為電信號，從而對化學實驗進行定量研究的裝置。應用手持技術的具體過程是傳感器（探頭）進行測量，數(shù)據采集器進行數(shù)據的收集、處理并傳輸給電腦，再由相應的軟件進行數(shù)據分析、繪制圖像，并直接展現(xiàn)在電腦屏幕上。下圖表示了手持技術的相關原理：

圖1.1手持技術原理示意圖

2.特點

手持技術的應用，打破了傳統(tǒng)化學實驗在時空上的局限性，能使實驗數(shù)據的測定更加簡便，并且借助于手持技術自身所匹配的軟件，對于復雜的數(shù)據進行分析、擬合，減少了人工計算的數(shù)量，提高了化學實驗研究的質量。在充分應用計算機強大的運算能力的基礎上，把復雜的化學實驗趨于簡單化，易操作。

中學化學實驗中，常用的傳感器有數(shù)字化溫度計、pH計、CO2傳感器等。這些傳感器將傳統(tǒng)的化學實驗現(xiàn)象轉化成可視的、直觀的數(shù)字與圖像，對于這些可監(jiān)測的數(shù)字信號，更好的幫助學生對化學實驗現(xiàn)象和本質原理的認識和理解，同時也可以提高化學教師對現(xiàn)代化科學技術的運用技能以及教師專業(yè)化素質。

二、提出問題

在人教版普通高中課程標準實驗教科書化學必修一第二章第二節(jié)離子反應中與“量”有關的化學方程式中涉及一個知識點就是CO2與Ca（OH）2反應的問題。理論上講就是當二氧化碳通入石灰水中先發(fā)生反應Ca（OH）2+CO2═CaCO3↓+H2O;使沉淀不斷增加，繼續(xù)通入CO2，CO2會與生成的碳酸鈣反應生成碳酸氫鈣，使沉淀溶解。記得當初我們老師講完這個知識點后，很多同學就有這么個疑問從反應看溶液中溶質的變化流程是：Ca（OH）2CaCO3Ca（HCO3）2，簡單的從溶質看，溶液應該是一直pH>7，老師給我們這么武斷的猜測給予了否定的答案，但是當時他的解釋無法令我們信服，這個問題就一直困擾著我，直到上了大三，接觸了手持技術實驗，就想可以了用手持技術來解決這個問題，用比較直觀的方法讓學生認識到溶液酸堿性的變化過程，引領學生共同探索現(xiàn)代信息手段在化學實驗教學中的應用。

三、借助手持技術，探索問題解決的策略和證據

1.將所需的pH傳感器、筆記本（安裝datastudio軟件）、數(shù)據采集器和CO2的發(fā)生裝置以及與Ca（OH）2反應的裝置連接起來。（連接裝置圖如圖1.2所示）

由手持技術采集的實驗數(shù)據圖（圖1.3）

2.由實驗過程出現(xiàn)的問題及數(shù)據結果分析得出：

從圖2可見，隨著反應的進行，體系酸度從pH=12逐漸降到pH=6.3，說明反應體系在CaCO3轉換成Ca（HCO3）2的一瞬間，CO2就已過量，故溶液呈酸性。之所以出現(xiàn)這種情況，我們認為反應體系通過不斷通入CO2，Ca（OH）2溶液從最初的pH>>7到生成Ca（OH）2溶液與CaCO3沉淀共存（pH>7），再進一步過渡到CaCO3沉淀與Ca（HCO3）2溶液共存（pH≥7），最后演變成Ca（HCO3）2溶液與H2CO3溶液共存（pH<7）。

四、手持技術解決問題過程的啟示

此問題的發(fā)現(xiàn)基于“教學預設”與“教學實施”對比而產生的意外分歧，借助手持技術數(shù)據采集的優(yōu)勢，對問題的闡釋提供了更直觀、更科學的依據。雖然實驗結果和預期不一致，但是卻能引發(fā)我們另一方面的思考，就是“實踐是檢驗真理的唯一標準”，不論是在生活中或者學習上都應如此。特別是廣大的教育工作者更應該清楚地認識和奉行這一點。要不斷的鞭策自己學習，與時俱進，將新興的教育輔助工具及時地傳播到課堂，即使沒有條件購置儀器，也要普及它的概念及用處，像這個CO2與Ca（OH）2反應的事件，如果老師當初用手持技術的角度給我們講，我們也不會困擾這么多年，不過也不能責怪老師，反而給了我們一個啟示：學無止境，特別是要當一名合格地老師，更應時刻鞭策自己學習，才能更好的傳道授業(yè)解惑。

（責任編輯羅艷）