用數據“說話”

江雷

碳酸鈉是生活中常見的物質，也是一種重要的化工原料，學生在初中階段對這種鹽已有初步的認識。在此基礎上，蘇教版高中《化學1》專題二第二單元第二課時“碳酸鈉的性質與應用”對碳酸鈉的性質進行更全面的實驗探究，并且引出一種“新”的物質——碳酸氫鈉。教材中有一個實驗：“[實驗2]按圖2-9所示組裝儀器，將滴管中的濃鹽酸加入（裝有碳酸鈉溶液的廣口）瓶中，觀察實驗現象。”

一、深入審視實驗

在教學過程中，如果只是按書本要求完成這個實驗，無非讓學生重溫一次碳酸鈉作為鹽的通性——“能與強酸反應生成CO2”，這顯然是不夠的。因為這個反應對學生來說已經不是新的知識，有的學生甚至在初中就已經做過該實驗。

作為教師，不能只是按部就班地“教教材”，而要在準確領會教材編寫者意圖的基礎上，充分認識到該實驗的地位和作用，合理挖掘，創新使用，達到用“教材教”的目的。教材將該實驗安排在此，除了讓學生再認識碳酸鈉這種常用物質外，還承載著另一個重要的功能：為下一課時“離子反應”的教學做準備。

碳酸鈉與鹽酸反應本質上是離子間的反應：第一階段是CO2-3與H+反應生成HCO-3，并無氣泡；第二階段HCO-3與H+反應生成CO2，才產生氣泡。如果采用教材上的實驗方法，觀察第一階段“沒有氣泡”的現象非常困難，導致學生對碳酸鈉與酸反應的本質認識模糊，理解不清，也不利于后續的“離子反應”教學。

二、創新實驗方法

教學應在學生已有認知基礎上，注重方法的指導和能力的培養。采用數字化實驗方法，能使碳酸鈉與鹽酸反應的過程“可視化”，明顯降低教學難度，解決常規實驗手段不能解決的難題。既突出了該課時的重點，也有利于突破該課時的難點。具體操作步驟如下：

（1）連接數據采集器、pH傳感器、pH電極、滴數傳感器并與計算機相連。

（2）向燒杯中加入30 mL 0.1 mol·L-1的碳酸鈉溶液，將磁力攪拌子放入燒杯中。燒杯置于攪拌器上，將pH電極置于燒杯里的碳酸鈉溶液中。向針筒滴管中加入40 mL 0.2 mol·L-1的鹽酸。

（3）打開計算機上的數字化實驗軟件，進行滴數、表格和繪圖設置。平鋪窗口，可在顯示屏上同時看到滴數、pH、體積和V-pH曲線圖。開啟攪拌器的開關，注意不要讓磁子觸碰電極。觀察pH窗口顯示的數值，即碳酸鈉溶液的pH。

（4）打開滴管的旋塞，逐滴加入鹽酸，滴速不要過快，觀察。當pH下降至接近1時，關閉旋塞，點擊“停止”，處理并保存圖像。

（5）將燒杯內溶液改為30 mL 0.1 mol·L-1的碳酸氫鈉溶液，重復以上實驗。

三、結果分析

根據實驗所得圖1、圖2，對比分析可知：碳酸鈉與鹽酸反應的第二突躍與碳酸氫鈉與鹽酸反應的突躍非常相似，從而引導學生得出該反應的本質：

圖2 碳酸氫鈉與鹽酸反應的V-pH圖像數字化實驗是信息時代背景下教育信息技術與化學學科相互融合的產物。借助計算機軟件系統和傳感技術可將一些化學反應的現象如顏色的變化、氣體的產生、溶液酸堿性的變化、離子濃度的變化等實時轉換為數字、圖像等可監測的信號，幫助人們更深入地研究化學現象背后的反應本質和規律，具有先進、便捷、實時、準確、綜合、直觀等特點。與普通的化學實驗相比，數字化實驗具有操作方法簡便、實驗現象明顯、實驗過程綠色化等優點。

本實驗改進了“觀察”方法，增加了對比實驗。用傳感器實時采集反應過程中溶液的pH數據，由計算機軟件自動生成溶液pH隨鹽酸體積變化的圖像，直觀、準確地展現了碳酸鈉與鹽酸反應的全過程，精確地揭示了反應的數量關系，將定性實驗升華為定量實驗，從而使學生更深刻地認識反應的本質，提升學生學習化學的興趣。

（收稿日期：2015-01-25）