數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)例兩則

石云

摘要：飽和石灰水的濃度太低，吸收CO：的能力很有限，而燒堿溶解度很大，其濃溶液能充分吸收CO₂，用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)芏俊⒅庇^進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，學(xué)生參與度高。由于人體呼出氣體中氧氣含量比吸入空氣中氧氣的含量往往只減少20%，當(dāng)向瓶?jī)?nèi)伸入燃著的木條時(shí)，木條持續(xù)燃燒的時(shí)間差異不大，效果不理想，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行探究，能定量比較出兩種氣體中二氧化碳、氧氣及水蒸氣含量。

關(guān)鍵詞：飽和石灰水；濃燒堿溶液；呼出氣體；吸入空氣；傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2017）11—0096—02 中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.033

一、用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究石灰水與濃燒堿溶液吸收CO₂的能力

1.研究背景

在初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，不少教師認(rèn)為可以用石灰水來(lái)吸收CO₂，但最好是用燒堿溶液來(lái)吸收，進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，飽和石灰水的濃度太低，單位體積內(nèi)的OH^-數(shù)目很小，故吸收CO₂的能力很有限，理論計(jì)算，50mL飽和石灰水完全吸收CO₂也就是25mL，而燒堿的溶解度很大，其濃溶液?jiǎn)挝惑w積內(nèi)的OH^-數(shù)目很大，故能充分吸收CO₂。而用現(xiàn)今最流行、實(shí)用的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)探究石灰水與濃燒堿溶液吸收CO₂的能力，則能從量的角度直觀地比較出兩者吸收CO₂能力的不同。

2.儀器、藥品

數(shù)字化信息系統(tǒng)（含壓強(qiáng)傳感器、筆記本電腦等）、具支細(xì)口瓶（1L）、Y型管（1個(gè)）、止氣夾（3個(gè)）、膠皮管、醫(yī)用細(xì)塑料管、濃燒堿溶液（50mL）、飽和石灰水（50mL）。

3.實(shí)驗(yàn)裝置圖

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）如圖1，連接好儀器，關(guān)閉止氣夾K₁、K₂，打開(kāi)止氣夾K₃；

（2）打開(kāi)數(shù)字化信息系統(tǒng)操作界面，先點(diǎn)擊“波形圖”，再點(diǎn)擊“開(kāi)始”，此時(shí)壓強(qiáng)傳感器測(cè)試到的是瓶?jī)?nèi)正常CO₂的壓強(qiáng)；

（3）打開(kāi)止氣夾K₁，向瓶?jī)?nèi)注入50mL飽和石灰水，完畢再略微振蕩細(xì)口瓶，觀察波形圖；

（4）待曲線(xiàn)平穩(wěn)后打開(kāi)止氣夾K₂，向瓶?jī)?nèi)注入50mL濃燒堿溶液，完畢關(guān)閉止氣夾K₃，略微振蕩細(xì)口瓶，一段時(shí)間后再充分振蕩細(xì)口瓶，觀察波形圖。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6.實(shí)驗(yàn)分析

（1）圖2中，壓強(qiáng)起始值為101kPa，曲線(xiàn)起點(diǎn)至a點(diǎn)反映的是瓶?jī)?nèi)原始?xì)鈮海琣點(diǎn)至b點(diǎn)曲線(xiàn)上升，是由于加入石灰水對(duì)瓶?jī)?nèi)氣體形成擠壓，b點(diǎn)至c點(diǎn)，曲線(xiàn)下滑，是由于石灰水吸收了少部分CO₂，c點(diǎn)高于a點(diǎn)，說(shuō)明吸收的氣體體積小于石灰水的體積，c點(diǎn)至d曲線(xiàn)又上升，是由于加入了濃燒堿溶液，d點(diǎn)至e點(diǎn)，曲線(xiàn)下滑幅度很大，是由于濃燒堿溶液正快速吸收瓶?jī)?nèi)CO₂。

（2）圖3中，f點(diǎn)至g點(diǎn)，曲線(xiàn)又進(jìn)一步下滑，最終至28kPa，是由于充分振蕩細(xì)口瓶，導(dǎo)致濃燒堿溶液又充分吸收了瓶?jī)?nèi)殘余的CO₂。

（3）實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，飽和石灰水吸收CO₂的能力很弱，而等量的濃燒堿溶液能充分、大量地吸收CO₂。

二、用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究人體吸入空氣與呼出氣體的差異

1.研究背景

“人體吸入空氣與呼出氣體的差異”探究實(shí)驗(yàn)，是初中學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)后最先接觸到的探究性實(shí)驗(yàn)，廣大教師相對(duì)比較重視，但南于人體呼出氣體中氧氣含量只比吸入空氣中氧氣含量少20%，兩者相差并不太大，實(shí)際操作往往要受到多種因素的影響，如木條伸入的速度、傾斜程度、瓶?jī)?nèi)深度等，當(dāng)向瓶?jī)?nèi)伸入燃著的木條時(shí)，木條持續(xù)燃燒的時(shí)間長(zhǎng)短差異不太大，效果不理想，如果能在完成課本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，借助數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)探究人體吸入空氣與呼出氣體的差異，則能定量比較出其中二氧化碳、氧氣及水蒸氣含量的差異，加深學(xué)生的理解。

2.儀器、藥品

數(shù)字化信息系統(tǒng)（含氧氣傳感器、二氧化碳傳感器、濕度傳感器、筆記本電腦等）、塑料瓶（5L，一側(cè)裝有進(jìn)氣管，另一側(cè)打孔便于插入二氧化碳傳感器、濕度傳感器，氧氣傳感器由瓶口插入）、膠皮管。

3.實(shí)驗(yàn)裝置圖

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）如圖，連接好儀器及各種數(shù)據(jù)線(xiàn)，打開(kāi)二氧化碳傳感器開(kāi)關(guān)；

（2）打開(kāi)數(shù)字化信息系統(tǒng)操作界面，在三個(gè)通道界面中分別先點(diǎn)擊“波形圖”，再點(diǎn)擊“開(kāi)始”，此時(shí)傳感器測(cè)試到的是瓶?jī)?nèi)正常空氣中氧氣、二氧化碳、水蒸氣含量；

（3）通過(guò)膠皮管向塑料瓶?jī)?nèi)呼出氣體，瓶?jī)?nèi)氣體從三個(gè)傳感器插入口的縫隙中排出，瓶?jī)?nèi)氣體得到交換，觀察波形圖；

（4）分別在三個(gè)通道界面中點(diǎn)擊“保存圖像”。

5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果

6.實(shí)驗(yàn)分析

（1）圖5反映的是氧氣含量的波形圖，實(shí)際初始值為19.1%，呼出氣體后，曲線(xiàn)緩慢下降，最終穩(wěn)定在16.5%，說(shuō)明氧氣含量減小了，且減少幅度不大；

（2）圖6反映的是二氧化碳含量的波形圖，實(shí)際初始值為575ppm，呼出氣體后，曲線(xiàn)快速上升，最終穩(wěn)定在45100ppm，說(shuō)明二氧化碳含量快速上升，且上升幅度相當(dāng)大，大約擴(kuò)大了80倍；

（3）圖7反映的是水蒸氣含量的波形圖，實(shí)際初始值為42.5%，呼出氣體后，曲線(xiàn)上升較快，最終穩(wěn)定在98.5%，說(shuō)明水蒸氣含量上升較快，且上升幅度較大，大約擴(kuò)大了2倍多。endprint