运用数字传感仪检测“模拟酸雨形成及防治实验”的研究

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1、运用数字传感仪检测“模拟酸雨形成及防治实验”的研究　　摘要：在沪教版九年级化学下册课本中新增的“亚硫酸与氢氧化钙实验”中缺乏足够的可操作性引导，同时也让一线化学教师产生诸多疑惑，如：“硫粉燃烧的取用量”、“石灰水的滴加量与溶液酸碱度的变化情况”以及“石灰乳的可行性”等。文章结合数字化感应仪等电子设备，对该实验进行了一系列的探究，力求从半定量的研究层面上为一线老师寻求相应的解答。　　关键词：数字传感仪；硫粉取用量；酸雨形成；中和反应；石灰水与石灰乳　　文章编号：1008-0546（2013）10-0086-03中图分类号：G63

2、3.8文献标识码：B　　一、问题提出　　2012版的沪教版《化学（九年级下册）》教材第110页《第九单元第3节环境污染的防治》中的《活动与探究》栏目，在原有的“硫酸型酸雨的形成实验”中添加了一个亚硫酸与氢氧化钙溶液中和反应的步骤，即：“将数字pH计置于集气瓶的水溶液中，逐滴加入Ca（OH）2溶液，每滴加一次均记录溶液的pH，并注意pH的变化”。但教科书中这句话缺乏具体可操作性的引导，使得一线教师对于这个实验产生了如下的困惑。　　1.硫粉的用量5　　硫粉在空气中燃烧会产生具有刺激性气味的二氧化硫气体。硫粉取用过多会导致生成的二氧

3、化硫过多，而容易引起人感到不适。那么，在实际演示实验中，如何选择一个合适的硫粉取用量？　　2.石灰水的用量　　氢氧化钙的溶解度较小，饱和石灰水的浓度很小。用该试剂进行中和反应时，所需滴加量会不会太多了？在课堂演示实验中，会不会影响教学进度？　　3.石灰乳的可行性　　既然饱和氢氧化钙溶液的浓度太小，那么为什么不能用石灰乳来代替石灰水进行中和反应实验呢？　　为了更为直观地反映出该中和反应过程中pH的变化情况，笔者利用数字传感仪等设备进行了实验探索，试图寻求一个比较合理的方案。　　二、实验用品　　1.试剂　　蒸馏水、饱和氢氧化钙溶液

4、、熟石灰、硫粉。　　2.仪器和用品　　集气瓶（250mL）、燃烧匙、玻璃棒、特氟龙旋塞50mL滴定管、塑料滴管、烧杯（100mL）、酒精灯、量筒（50mL）、火柴、药匙、称量纸、吸水纸、电子天平（型号LP202，精度0.01g）、爱迪生手持分析仪（配O2传感仪、pH传感仪）、磁力搅拌器（78-1型）等。　　三、实验步骤　　（1）硫粉取用量的探究5　　1.实验步骤　　①选取实验点　　本实验点燃硫粉实验的部分中，选用的氧气为钢瓶装氧气，用排水集气法进行收集，集气瓶容积为250mL。收集后，用数字传感仪的O2传感器测定集气瓶中氧气的

5、含量基本保持在80.0%（在通常情况下，氧气的密度为1.429g/L）。由此可以推算，若使其氧气完全耗尽，需要硫粉的质量为：　　故多组实验中硫磺最大量选择为0.29g。　　根据黄金分割法选取数据点的原则，我们在0.29g～0g之间选取了硫粉6个质量实验点，并分别称取三份，进行三次平行组燃烧实验。　　②配制二氧化硫的水溶液　　根据各组实验点的质量利用电子天平进行称量，并将其转移至燃烧匙中，点燃后迅速伸入盛有氧气的集气瓶（浓度80%）中燃烧。待硫粉燃烧完全后，将燃烧匙移出，利用50mL量筒量取50mL蒸馏水，缓慢倒入集气瓶中，盖上

6、玻璃片充分振荡溶解，片刻后将溶液全部倾入一小烧杯中，再用数字传感仪测定该溶液的pH。多次实验后，将实验结果填入表1中。　　（2）实验结论　　综合上述实验观察，我们可以发现：如果硫粉取用量过多，一方面会有部分硫粉没有完全燃烧，造成试剂浪费，另一方面，也会产生过多的二氧化硫，导致硫燃烧过程及其加水溶解过程中有较多的二氧化硫散失在室内空气中，对人体有害。　　因此综合实验效果以及环保意识，我们建议在250mL容积的集气瓶中实验，硫粉取用量比较合适的范围是：0.04～0.07g。5　　2.澄清石灰水、石灰乳分别与亚硫酸溶液的反应　　（1

7、）实验准备　　首先在50mL特氟龙旋塞滴定管中缓缓加入50mL饱和的澄清石灰水，并按照图1的装置图将将磁力搅拌器、数字化传感仪、滴定管、烧杯等仪器进行连接、调节、固定在合适的位置。　　（2）实验步骤及实验现象记录　　（3）反应过程的pH变化趋势图　　（4）实验结论　　通过上述石灰水和石灰乳的对比实验可以看出：　　（1）饱和石灰水和石灰乳滴加到二氧化硫气体的水溶液中，pH变化都会出现相似的两个突跃。但是，由于石灰乳中氢氧化钙的含量要远大于石灰水中的含量，从而使石灰乳的滴加量要远小于澄清石灰水的用量。　　（2）利用石灰水实验，能清

8、晰地观察到生成亚硫酸钙而引起的溶液浑浊现象，但是石灰乳本身就是悬浊液，实验后产生的浑浊现象却无法说明是生成了难溶性的亚硫酸钙。　　四、问题讨论　　1.亚硫酸溶液的pH随氢氧化钙溶液滴加量的曲线分析　　与经典的中和滴定实验pH变化曲线不同的是，亚硫酸与氢氧化钙溶液反应时，pH变