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实验六新型实验技术的应用实验6-1利用微型实验仪器电解水实验设计【实验目的】1.理解在不同电解质溶液环境中电解水的原理规律；2.探究微型实验仪器电解水过程中电极变化原因。【实验原理】用大头针（镀镍）作电极电解水，稀硫酸，氢氧化钠，硫酸钠的原理实际上是电解水的原理。电极不参与反应时电解水的电极反应方程式如下：酸性碱性阴极：阳极：若大头针外部的镀层破损，电极变成铁电极，则阳极反应变为：在碱性或者中性条件下，亚铁离子不稳定，于是发生：【实验仪器与试剂】仪器：多用滴管、井穴板、低压电源、大头针（表面镀镍）、肥皂水、火柴、试剂：去离子水、Na2SO4溶液（0.5mol/L）、NaOH溶液（0.5mol/L）、H2SO4溶液（0.5mol/L）【实验装置】【实验步骤】用多用滴管中分别吸取去离子水，Na2SO4溶液（0.5mol/L）、NaOH溶液（0.5mol/L）、H2SO4溶液（0.5mol/L），插入两根大头针作为电极、连接低压电源，观察现象；当多用滴管中产生较多气泡时，将滴管尖嘴插入井穴板中盛有的肥皂水中，用火柴点燃吹起的肥皂泡；实验一段时间后，观察电极（大头针）的变化。【实验现象记录】所用溶液实验现象实验解释电极溶液肥皂泡水两极都有少量气泡产生溶液没有明显的变化.有肥皂泡产生，但点燃没有明显的爆鸣声。阴极的反应：阳极的反应：产生的气泡比较少没有爆鸣声稀硫酸两极都有气泡产生，阳极大头针有溶解现象。无色溶液变为黄色多用吸管发热。有肥皂泡产生，但点燃没有尖锐的爆鸣声。阴极的反应：阳极的反应：Fe2++H++O2Fe3++H2O产生气泡比较多有尖锐爆鸣声氢氧化钠两极都有气泡产生，阳极大头针处有红褐色沉淀产生。溶液没有明显变化有肥皂泡产生，但点燃没有尖锐的爆鸣声。阴极的反应：阳极的反应：因此能看到红褐色沉淀硫酸钠两极都有气泡产生，阳极大头针处有红褐色沉淀产生无色溶液变为黄色有肥皂泡产生，但点燃没有尖锐的爆鸣声。阴极的反应：阳极的反应：因此能看到红褐色沉淀由上述实验现象可知：1.电解去离子水，由于其中可自由移动的离子数量少，因此速率很慢，看不到明显有气泡产生现象。2.加入稀硫酸、硫酸钠、氢氧化钠等强电解质溶液，溶液导电性大大增强，有明显的电解现象。此时溶液中放电的离子仍是H+、OH-，电解的物质仍然是水。3.在我们实验中，由于使用的大头针镀层破损，铁与电解液直接接触，在电解水过程中铁质大头针在阳极被氧化为亚铁离子，在碱性或中性条件下，被空气继续氧化成三价铁离子，并结合氢氧根离子，最终变成氢氧化铁红褐色沉淀，由于量较少，故呈棕黄色。电解过程中产生氢气与氧气，因此能吹起肥皂泡，并由于氢气不纯，所以点燃肥皂泡会发生清脆响亮的爆鸣声。从上述实验我们可以看到微型化学实验具有“实验仪器微型化”和“试剂用量节约化”两个基本特征，因此仪器价格相对低廉、实验较易于成功，过程较为环保、不会造成危险。所以应用微型化学实验有利于激发学生学习化学的兴趣、培养学生的环保意识和绿色化学观念、培养学生的动手能力和观察能力、培养学生的创造性思维能力和探究能力等。但在本实验中，由于气体混合在一起，我们无法证明有氧气产生，也无法证明可燃性气体是氢气，也无法对阴阳极产生的氧气与氢气进行定量比较。这是一个值得继续探讨的问题。实验6-2手持技术在实验教学中的应用研究【实验题目】手持实验技术在实验教学中的应用研究【实验目的】1.理解手持实验技术在实验教学中的应用原理2.通过手持实验的操作，掌握手持实验技术并运用于化学实验中【实验原理】手持实验技术是一套先进的便携式数据采集系统，可以利用对许多自然现象和科学进行探究性学习。手持实验技术主要由两部分组成：数据采集器和传感器。传感器是一系列根据一定的物理化学原理制成的物理化学量的感应器具，它们能把外界环境中的某个物理化学量的变化以电信号的方式输出，再经数据模拟装置转化成数据或图表的形式在数据采集器显示并存储起来。实验6-2-1利用手持技术研究酸碱中和反应pH的变化规律【实验目的】学会利用手持技术测量中和反应pH的变化。【实验仪器与试剂】数据采集器、pH传感器、磁力搅拌器、磁力搅拌子、酸式滴定管、100mL烧杯；0.1mol/L盐酸、0.1mol/L氢氧化钠溶液。【实验步骤】量取25mL氢氧化钠溶液（0.1mol/L）于100mL烧杯中；酸式滴定管用0.1mol/L盐酸润洗，装液，调零；打开磁力搅拌器，设置软件，开始记录数据的同时打开酸式滴定管活塞，控制滴加速度稳定；待加入盐酸与氢氧化钠溶液体积比约为1：1，停止数据记录，关闭酸式滴定管活塞、磁力搅拌器，拆除并清洗仪器。【实验数据收集与记录】图1pH-时间变化曲线【实验结果及讨论】如图1所示，在第40秒左右pH发生了突跃，从15降至6，图中B-C段溶液pH变化不均匀可能是由于磁振子转动过程中对pH探头有影响，较好的突跃应该是较平滑的。以往的滴定实验都只是定性试验，我们只能通过滴加指示剂，通过溶液颜色的变化来说明pH发生突变，只能知道化学计量点附近溶液颜色从无色到淡红色再到红色，从而说明化学计量点的存在。但学生无法知道中和滴定过程中具体的pH值变化、滴定前后溶液中各种粒子浓度变化，无法对化学计量点附近的突跃进行理性认识。现在通过pH传感器，利用手持技术，不仅操作方便简单，在学生保持对实验的感性认识的同时，还可以让学生观察到溶液在整个滴定过程中具体pH数值的变化情况，让学生对化学计量点附近的突跃进行理性认识。实验6-2-2利用手持技术研究酸碱中和反应电导率的变化规律【实验目的】学习利用手持技术研究电导率变化；分析酸滴定混合碱的电导率变化规律。【实验仪器】数据采集器、电导率传感器、磁力搅拌器、磁力搅拌子、酸式滴定管、100mL烧杯；0.1mol/L盐酸、0.1mol/L氢氧化钠溶液、2mol/L氨水。【实验装置图】【实验步骤】取1mL2mol/L氨水，加入19mL去离子水，稀释成0.1mol/L，取用10mL，加入10mL0.1mol/L氢氧化钠溶液，配制成20mL混合碱液，盛放在100mL烧杯中；用0.1mol/L盐酸润洗酸式滴定管，然后装液调零；组装装置，打开磁力搅拌器，设置软件，开始记录数据的同时打开酸式滴定管活塞，控制滴加速度稳定；待后期电导率平稳上升，盐酸消耗体积约为25mL左右，停止数据记录，关闭酸式滴定管活塞、磁力搅拌器，拆除并清理仪器。【实验数据收集与记录】图3电导率随时间变化曲线【实验结果及讨论】如图3所示，混合碱NaOH为强电解质，NH3为弱电解质，滴加的HCl先与NaOH反应，再与氨水反应，溶液的电导率曲线先下降(A-B段)后上升(B-C段)，随后滴加的HCl过量，溶液电导率曲线又上升(C-D段)。仔细分析各个阶段溶液中粒子的变化，汇总如下：表1各阶段溶液中粒子变化阶段溶液中粒子减少的粒子增加的粒子A-BNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3·H2OOH-H2O、Cl-B-CNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3·H2O、Cl-NH3·H2ONH4+、Cl-、H2OC-DNa+、OH-、NH4+、H+、H2O、NH3·H2O、Cl-H+、Cl-、H2O通过上表，可以更加明显看出溶液电导率变化的原因：在A-B阶段，由于盐酸与氢氧化钠反应，溶液中减少了氢氧根离子，但增加了氯离子以及水分子，由于氢氧根离子摩尔电导率比氯离子大，且溶液体积增大，因此溶液摩尔电导率下降；在B-C阶段，盐酸与氨水反应，溶液中减少了氨分子，生成了铵根离子和氯离子，因此溶液的电导率上升；而在C-D阶段，过量的盐酸使溶液中氢离子与氯离子浓度增加，因此电导率上升。同时由于氢离子摩尔电导率较大，因此曲线上升幅度较大。由上述实验现象与结果可知，通过手持技术可以更直观的看到溶液中电导率的变化，根据具体的实验数据曲线变化去分析，有助于学生对知识的理解运用。实验6-2-3利用手持技术进行“温室效应”的探究【实验目的】1.学习手持技术测量温度变化；2.利用手持技术探究二氧化碳的“温室效应”。【实验仪器与试剂】仪器：温度传感器、数据采集器、玻璃瓶、胶塞、锥形瓶、长颈漏斗、导管；试剂：碳酸氢钠、稀硫酸溶液。【实验步骤】1.在锥形瓶中放入适量碳酸钙，在长颈漏斗中加稀盐酸，用向上排空气法收集一试管CO2，用胶塞塞住待用；2.另外取一试管收集满一试管空气。3.连接温度传感器、数据采集器、计算机，将两试管放在白色灯光台灯下照射，设置软件，开始记录温度；结束实验，停止数据记录，收好仪器。【实验现象记录】图2CO2、空气在光照下温度-时间关系曲线【实验结果及讨论】如上图示，实验一开始时，CO2的温度是比空气的温度要低的（可能是由于刚制备出来），在灯光的照射下，两者的温度同时在光照下温度上升比空气快，到后期才慢慢与空气温度变化曲线重合，从趋势上来看，二氧化碳的温度会慢慢高于空气的温度。可见CO2气体对光能的吸收转化较快、保温能力较强。利用CO2与空气在光照下，温度随时间变化的比较，可以帮助学生对“温室效应”有一个较为直观的认识，了解到空气中二氧化碳含量增大是“温室效应”的主要因素之一。在以往由于温度变化无法直观看到，故很难使学生对此有直观的认识，而利用手持技术进行“温室效应”的模拟实验，一方面操作简单，所需要的仪器设备简易，方便进行；另一方面，现象可通过实验数据直观呈现在学生面前，同时现场画图让所有学生都观看到试管中的即时温度，知晓其变化规律，从而了解温室效应。然而，对于温室效应的叙述在化学教材中原见于初中化学教材：近几十年来，由于人类消耗的能源急剧增加，森林遭到破坏，大气中的二氧化碳的含量不断上升。大气中的二氧化碳气体能像温室的玻璃或塑料薄膜那样，使地面吸收的太阳光的热量不易散失，从而使全球变暖，这种现象叫温室效应。能产生温室效应的气体除二氧化碳外，还有臭氧、甲烷、氟氯代烷等[1]。【参考文献】[1]王一雄.资源型学案初中化学九年级上册.第2版,合肥:安徽教育出版社,2005:165.