氣體壓強傳感器在定量實驗中的應用

張苧丹

摘要：將數(shù)字化實驗與定量型化學實驗相結合，以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，利用過氧化鈉與足量的水反應，通過測定反應前后體系中壓強的變化，從而實現(xiàn)測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。并探討利用該方法，實現(xiàn)化學拓展課程中定量實驗的設計。

關鍵詞：定量實驗；數(shù)字化實驗；氣體壓力傳感器

文章編號：1008-0546（2018）11-0093-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.030

定量型實驗，是指對某些“量”具有準確要求的化學實驗，這種實驗不僅能培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度、規(guī)范的操作要領、創(chuàng)新能力等，還有利于學生綜合運用所學知識、技能去解決問題，形成“量”的概念，以及形成“量變到質變”、“微觀到宏觀”等科學的方法論與價值觀 [1]。

基于數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）的化學定量實驗是一種新型的實驗方法，利用傳感器對連續(xù)變化和微小數(shù)據(jù)量變化的測量是它的優(yōu)勢和特點。傳感器技術不僅可以使實驗過程中的“變化”變得明晰，而且從定量的角度反映實驗過程的變化，以獲得精確的實驗結果 [2]。因此，在中學階段開發(fā)基于數(shù)字化實驗為基礎的定量實驗校本課程具有重要的意義。

氣體壓力傳感技術作為DIS實驗技術的一種，可以監(jiān)測在恒容、密閉體系中氣體微弱的壓強變化，因此可以將其用于研究有氣壓變化的化學定量實驗。本文以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，測定長期放置的過氧化鈉的百分含量，并探討利用該方法，實現(xiàn)化學拓展課程中定量實驗的設計。

一、實驗原理

二、實驗儀器和藥品

壓強傳感器，溫度傳感器、計算機及相應配套軟件、電子天平、錐形瓶、試管、鑷子、10mL量筒、過氧化鈉、蒸餾水。

三、實驗步驟

（1）通過排液法測得錐形瓶的容積：V=268mL。

（2）如圖所示，將數(shù)據(jù)采集器、壓強傳感器、溫度傳感器和計算機相連。

（3）稱取一定質量的過氧化鈉，然后將該過氧化鈉置于干燥的錐形瓶中。

（4）用量筒量取10.0mL的水于小試管中，將小試管用鑷子小心地放入錐形瓶中。按圖1所示連接好裝置。

（5）打開LoggerPro軟件。待初始壓強趨于穩(wěn)定后，啟動“采集”按鈕，計算機開始采集反應體系的壓強與溫度數(shù)據(jù)。迅速傾斜錐形瓶，使試管中的水進入錐形瓶中，小心地搖動錐形瓶，加速過氧化鈉與水的反應。

（6）觀察壓強隨時間的變化曲線，當氣體壓強達到穩(wěn)定的數(shù)值后，停止采集數(shù)據(jù)。

（7）重復實驗兩次。

四、實驗結果與分析

圖2、3、4分別為三組實驗過程中體系內氣壓變化曲線。當試管中的水與錐形瓶中的過氧化鈉接觸后，由于氧氣的大量產生，錐形瓶內的壓強迅速增大，直至反應結束，壓強趨于穩(wěn)定。采集反應前后的壓強，利用理想氣體狀態(tài)方程，計算得到過氧化鈉的百分含量。實驗結果如表1所示。

五、拓展應用

將數(shù)字化實驗與定量型化學實驗相結合，可以使實驗過程中微量變化變得明晰，有助于實現(xiàn)化學定量實驗中的微量成分的快速分析。本實驗設計以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，利用過氧化鈉與足量的水反應，通過測定反應前后體系中壓強的變化，從而實現(xiàn)測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。利用該方法，可以設計一系列反應過程中存在壓強變化的拓展定量實驗，實現(xiàn)成分的快速分析，如：鎂鋁合金中鋁含量的測定，可以采用樣品與氫氧化鈉溶液反應，2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑，通過壓力傳感器測定反應前后壓強的變化，測定產生氫氣的量，從而確定鋁含量；又如：小蘇打中碳酸氫鈉含量的測定，可以采用小蘇打與稀硫酸反應，2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2CO2↑+2H2O，利用壓強變化，確定碳酸氫鈉與稀硫酸反應產生的二氧化碳的量，從而確定碳酸氫鈉的含量等等。該方法為我們定量實驗化學拓展課程的設計提供了新的思路和方法。

參考文獻

[1] 王川，劉勇，李樹偉.淺議在中學化學教學中增加定量型實驗的意義[J].化學教育，2012（4）：66-68

[2] 羅敏，羅傳春.基于傳感器技術的兩個定量實驗案例[J].中學化學教學參考，2016（6）：58-59