利用传感技术探究次氯酸光照分解实验

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1、利用传感技术探究次氯酸光照分解实验　　摘要：采用传感技术，通过pH传感器和导电率传感器实时监测次氯酸光照分解过程中溶液的pH和导电率，借助计算机直接绘制出相应的变化曲线，同时结合理论计算，对次氯酸光照分解实验进行了初步研究。关键词：传感技术；氯水；次氯酸；光照分解文章编号：1008-0546（2013）11-0087-02中图分类号：G632.41文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.11.034一、问题的提出氯水中的次氯酸不稳定，容易分解放出氧气，在阳光的照射下，次氯酸分解加快。传统做这个实验，可以在圆底烧瓶中装

2、满氯水，将烧瓶倒放在装有水的水槽中，用光线照射，在烧瓶中收集到氧气。该实验出现明显的现象所需的时间较长，一般要十天左右，所以教材中一般没有这个实验。全日制普通高级中学教科书（必修）《化学》第一册中只是在正文旁边放了一张该实验的装置示意图（图1），而如今的普通高中课程标准实验教科书，不管是苏教版、人教版还是鲁科版，连这张图都没有，直接是作为一个信息告诉学生让学生记忆，很难让学生直观地感受次氯酸光照分解的过程。5在多年的教学过程中，笔者也感觉到要想做好这一实验有时间长、现象不明显、合适的光源难找等较多的难点。而传感技术能够实时直接监测实验过程中曲线的变化，不同的

3、传感器能够检测传统实验手段无法检测的物理量，有力地弥补了传统实验手段的不足。由于氯水中的次氯酸光照分解生成盐酸，溶液的pH会降低、导电率会增强，所以我们尝试利用pH传感器和导电率传感器实时监测光照条件下氯水的pH和导电率的变化，通过相应的曲线引起学生的思考，进而探索出分解的产物。二、实验过程所需用到的仪器与用品有：pH传感器（pH-BTA）、导电率传感器（CON-BTA）、数据采集器（VENIERLabPro）、计算机及其相配套的软件（LoggerPro）、大功率冷光源台灯、烧杯、氯水。1.实验步骤（1）组装实验装置，将pH传感器、数据采集器、计算机三者相连

4、接。（2）在烧杯中加入少量氯水，插入pH传感器，打开台灯光照氯水，对氯水的pH变化进行测定。（3）组装实验装置，将导电率传感器、数据采集器、计算机三者相连接。（4）在烧杯中加入少量氯水，插入导电率传感器，打开台灯光照氯水，对氯水的导电率变化进行测定。54.实验现象的分析和理论计算图2和图3中显示，氯水光照的过程中，pH不断降低，导电率不断增强，这说明次氯酸见光分解产生了强酸，学生会联想到光照分解的产物——盐酸以及氧气。实验起始时pH和导电率变化很快，后来较慢，与次氯酸的浓度变化有关。随着次氯酸的分解，次氯酸的浓度不断降低，分解速率就不断减慢。考虑到HClO的

5、电离平衡常数较小（查阅文献4为3.0×10-8），所以HClO电离出的H+可以忽略，由此可以求出饱和氯水的pH为1.52。但是，氯气溶于水需要较长的时间才能达到饱和，而且浓度越大的氯水，氯气的扩散越慢，氯气的溶解能力越差。因此通常所用的氯水实际上是不饱和的，各成分的实际浓度比上面的理论值要低。比如：图2显示，实验前氯水的pH约为1.72左右。5通过采集的数据，可以估算出次氯酸的分解率。实验开始时氯水的pH为1.72，c（H+）=0.01905mol/L，忽略HClO的电离，c（HCl）=0.01905mol/L，则此时的c（HClO）=0.01905mol/

6、L；实验开始后，pH减小，c（H+）增大，新增的H+就是HClO分解产生的。由此可以计算出次氯酸的分解率（见表2）。可以清楚地发现，光照少量的氯水，80分钟后次氯酸几乎全分解，40分钟就能分解了一大半，在图像上已经能清楚地看到pH的变化，可用于课堂演示使用。至于导电率的变化，10分钟左右就能看到明显的变化，更有力地说明了次氯酸的分解。三、实验后的反思新制的饱和氯水不适合做氯水的光分解实验，因为新制的氯水中，氯气和水的反应并不充分，次氯酸的数量小、浓度低。可以把新制的饱和氯水，在暗处放置1-2周（10天左右）之后，再把它用来做氯水的光分解实验，效果就要好一点。

7、本实验主要探究次氯酸光分解的产物，采用pH传感器和导电率传感器跟踪其随时间的变化，可以克服传统实验所需时间太长、现象不明显的缺陷。其他实验如果也存在类似的难点，也可以考虑采用传感技术，检测出传统实验无法检测的物理量，从而达到实验目的。尽管本实验取得了不错的效果，但仍存在实验过程中敞开体系可能有污染、寻找恰当的光源使实验效果更明显等问题，将在以后的研究中继续不断的探索。参考文献[1]人教社化学室.全日制普通高级中学教科书（必修）化学（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2003：66[2]王祖浩.普通高中课程标准实验教科书化学1（必修）[M].南京：江苏教育

8、出版社，2009：43[3]刘怀乐.中学化学教学思维