利用數字化系統繪制酸堿滴定曲線

魏建春

學科：高中化學。教材版本：人民教育出版社。適應對象：高二年級理科傾向學生。

一、教學背景

在學習高中化學《選修4化學反應原理》第48-51頁時，用酸堿滴定方法測定待測溶液的濃度，有同學提出質疑：強酸（堿）滴定強堿（酸），理論反應終點都是pH=7，而酸堿指示劑的變色范圍（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點pH肯定不等于7，讀出此時V（標準），再計算出c（待測），是不是存在很大的誤差？

二、教學目標

（一）讓學生了解數字化系統繪制酸堿滴定曲線的方法

（二）讓學生掌握利用酸堿滴定曲線探究酸堿反應中pH的變化特點

（三）培養學生能從問題出發，設計探究方案，進行實驗探究的能力

三、教學重點

探究用酚酞和甲基橙來指示滴定終點，由此來計算c（待測），是不是存在很大的誤差問題。

四、教學難點

探究用酚酞和甲基橙來指示滴定終點，由此來計算c（待測），是不是存在很大的誤差問題。

五、教學方法

發現問題，探究問題，實驗設計、操作、演示與講解。

六、教學過程

（一）提出問題

學生1：老師，我在學習酸堿滴定方法測定待測溶液的濃度時有一個疑問：強酸（堿）滴定強堿（酸），理論反應終點都是pH=7，而酸堿指示劑的變色范圍（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點pH肯定不等于7，讀出此時V（標準），再計算出c（待測），是不是存在很大的誤差？

學生2：我覺得這不是問題，我們只要通過實驗得到數據，作出酸堿滴定曲線就會很容易分析出來。

學生3：我覺得能得到數據和曲線確實能解決問題，但是我們上一節課學習了實驗測定酸堿滴定曲線太麻煩了，如果有更好的途徑得到數據和曲線就好了！

老師：確實有更好的途徑，我們學校的探究實驗室就能實現，讓我們一起走進探究實驗室。

（二）設計探究實驗：利用數字化系統繪制酸堿滴定曲線

1.實驗原理

利用數據采集系統實時采集酸堿滴定過程中滴加酸（或堿）的體積，反應溶液pH，然后設體積為橫坐標，pH為縱坐標，借助計算機及Lab-studio繪出pH隨體積變化的曲線。

2.實驗用品

0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液、50.00mL酸式滴定管、50.00mL堿式滴定管、滴定管夾、鐵架臺、250毫升燒杯、磁力攪拌器（帶磁子）、pH傳感器、滴定計數器、數據采集器、計算機和Lab-studio軟件。

3.實驗設計

（1）用pH傳感器取代了傳統的pH計算。

（2）用滴定計數器測量下滴溶液的體積。

（3）用磁力攪拌器的攪拌子攪拌溶液替代我們的右手搖動，用燒杯替代錐形瓶。

（4）用計算機及Lab-studio替代我們傳統的繪圖工具，直觀繪出酸堿滴定曲線。

4.實驗操作步驟

（1）儀器組裝

①由下到上裝好儀器：磁力攪拌器、250毫升燒杯、pH傳感器，滴定計數器，酸式滴定管和堿式滴定管（已經裝好0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液，并調整至零刻度）。

②把pH傳感器、滴定計數器連接到數據采集器上，把數據采集器連上計算機。

（2）藥品取用

從堿式滴定管取20.00mL0.1000mol/LNaOH溶液于干燥的燒杯中，滴2滴酚酞，放入磁力攪拌器的攪拌子。

（3）軟件設置

①打開Lab-studio軟件，點擊【實驗設置】，點擊【添加欄】，改名稱為體積，單位設為mL，點擊【類型】，選擇【計算欄】并設置【計算式】為滴數*0.047。

②點擊【繪圖及分析】【繪圖設置】，設置橫軸為體積（mL），縱軸為pH。

（4）開始滴定

①打開磁力攪拌器，調整攪拌速度，點擊【開始采集】，擰開酸式滴定管活塞向燒杯中滴加0.1000mol/LHCl溶液，調整下滴速度（2～3滴/s）。

②觀察Lab-studio中數據的采集，滴定曲線的形成以及燒杯內顏色的變化。

（5）實驗結束

點擊【停止采集】，關閉酸式滴定管活塞，關閉磁力攪拌器。

老師：下面根據計算機輸出的數據和圖像，我們來分析用酚酞和甲基橙做指示劑來指示終點，所計算出c（待測），是不是存在很大的誤差？我們先來看酚酞做指示劑的情況。

（三）分析數據圖像

1.酚酞作指示劑

老師：大家從計算機輸出的數據和圖像，你能發現什么？

學生：從上圖可以看出當pH降到7.83時，溶液由紅色變無色，即為滴定終點。

老師：為什么pH降到7.83時，溶液由淺紅色變無色。

學生：因為酚酞的變色范圍（pH）為8.2-10.0，pH大于8.2時溶液為淺紅，只有低于8.2才會變無色。

老師：那么此時滴加HCl溶液體積為多少？

學生：19.96mL。

老師：大家計算一下此時NaOH溶液濃度，我請一個同學到黑板上來運算。

2.甲基橙作指示劑

老師：大家從計算機輸出的數據和圖像，你能發現什么？

學生：從上圖可以看出當pH降到4.38時，溶液由黃色變橙色，即為滴定終點。

老師：為什么pH降到4.38時，溶液由黃色變橙色。

學生：因為酚酞的變色范圍（pH）為3.1-4.4，pH大于4.4時溶液為黃色，pH只有低于4.4才會變橙色。

老師：那此時滴加HCl溶液體積為多少？

學生：20.08mL。

（四）得出結論

在強酸（堿）滴定強堿（酸）實驗中，選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點，雖然指示的終點不是pH=7，但是讀出此時V（標準）與實際的V（標準）相差很小，再由此計算出的待測溶液濃度誤差很小，都在允許范圍內。所以強酸（堿）滴定強堿（酸）實驗中，選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點是沒有問題的，同學們以后可以放心選用。

七、本課程小結

（一）提出問題

強酸（堿）滴定強堿（酸），理論反應終點都是pH=7，而酸堿指示劑的變色范圍（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙來指示的滴定終點pH肯定不等于7，讀出此時V（標準），再計算出c（待測），是不是存在很大的誤差？

（二）設計探究實驗

利用數字化系統繪制酸堿滴定曲線，同時輸出實時數據。

（三）分析數據圖像

根據輸出的數據和圖像，分析用酚酞和甲基橙做指示劑指示的終點，讀出此終點的V（標準），計算此時c（待測）濃度，再進行誤差分析。

（四）得出結論

在強酸（堿）滴定強堿（酸）實驗中，選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點，雖然指示的終點不是pH=7，但是讀出此時V（標準）與實際的V（標準）相差很小，再由此計算出的待測溶液濃度誤差很小，都在允許范圍內。所以強酸（堿）滴定強堿（酸）實驗中，選用酚酞和甲基橙做指示劑來指示的終點是沒有問題的，同學們以后可以放心選用。

八、課后鞏固

見本微課的《微習題》

提出一點期望：在以后的化學學習中，面對“異常”現象敢于提出自己的見解，積極設計自己的探究方案，進行實驗探究，然后通過數據分析推理加以證實或證偽。

編輯 高 瓊