數字化手持技術在影響鹽類水解因素中的應用研究

陳丹++劉補云

摘要：運用數字化手持技術測定不同濃度鹽溶液的pH及其變化曲線，探究鹽溶液的濃度及酸堿度對鹽類水解程度的影響，達到數字化手持技術與學科課程整合的最佳效果。通過對鹽類水解實際應用的具體分析，提高了學習效率，提升了學生認識問題本質的能力，讓學生體會到化學來源于生活，服務于生活。

關鍵詞：數字化手持技術；鹽類水解；影響因素；濃度；酸堿度

文章編號：1005-6629（2016）2-0051-03

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

隨著教育部對基礎教育信息化建設的大力推進，加快了基礎教育系統普及信息化的步伐，為一線教師充分利用現代化信息技術和豐富的數字資源，深化教育教學改革，探索新興技術形態的教育應用與創新提供了優越的條件。促成了信息化和教育教學改革的有機結合，促進了數字化技術在中小學實驗教學中的應用。手持式分析儀因其具有便攜性、準確性、實時性、直觀性和綜合性等優勢，加之配備成本合理、可普及性強，已在中學實驗教學中得到了應用。特別是數字化手持技術可以通過計算機直觀地呈現實驗數據變化過程，趣味性強，有利于學生理解，深受一線教師青睞。本文即利用手持技術測定鹽類水解受外界條件變化的影響，觀察鹽類水解導致的pH變化趨勢，激發學生動手參與探究影響水解的其他因素的積極性和主動性。

1 數字化手持技術測定鹽類水解實驗

鹽類的水解是高中化學反應原理的重要組成部分，鹽類水解程度除與鹽本身的性質有關外，還受溶液濃度、溫度、酸堿度等因素的影響。學生對鹽類的水解理解比較困難，源于學生對這一過程看不到摸不著。常規教學中教師一般借助有色溶液發生水解程度隨著溫度的變化而變化講解，例如FeCl₃溶液在沸水中可以完全水解生成棕色的Fe（OH）₃沉淀；或者借助指示劑分析，例如Na₂CO₃溶液中滴加酚酞，溶液呈粉紅色，加熱后其紅色會加深。在此基礎上，歸納出哪一類鹽能水解，哪一類鹽難水解。對于濃度和酸堿度對鹽類水解的影響，教師多依據理論分析規律，學生也只是有一定感性認識，難以切實理解。數字化手持技術測定鹽溶液的pH隨外界因素變化而變化，具有常規實驗手段不可替代的作用。利用溶液的吸光度研究FeCl₃溶液受溫度、酸堿度、濃度等因素影響的水解情況也有比較細致的研究，但對無色溶液水解過程pH的變化尚沒有系統的研究。本實驗對無色CH₃COONa溶液在室溫下受濃度、酸堿度影響的水解情況進行了探究，并在實際教學中予以應用。

1.1 實驗原理

CH₃COONa水溶液水解顯堿性，其水解電離方程式為。溶液的濃度、酸堿度及溫度的變化均會影響其水解的程度，從而引起水解平衡的移動，導致溶液pH的變化。

1.2 實驗藥品和儀器

實驗藥品：0.600 mol/L CH₃COONa溶液、0.10 mol/L NaOH溶液、0.12 mol/L鹽酸、蒸餾水

實驗儀器：多功能手持分析儀（PASCO XplorerGLX PS-2002）、pH傳感器（包括pH電極）、計算機、磁力攪拌器、燒杯（150mL）等

實驗裝置圖：圖1

1.3 實驗內容及步驟

考慮到本次實驗在—節課時間范圍內完成以及常規教學活動中控制變量的局限性，本次實驗沒有嚴格控制溫度，均在室溫下進行。

1.3.1 溶液濃度對醋酸鈉水解的影響

（1）在室溫下，將0.600 mol/L的CH₃COONa溶液分別稀釋為0.300 mol/L、0.150 mol/L、0.075mol/L，連同起始溶液按濃度由小到大依次標記為1～4組進行實驗。

（2）分別將4組待測液進行以下操作。取待測溶液約80mL倒入潔凈的燒杯中，放置在磁力攪拌器上，按圖1連接裝置，將數據采集器、pH傳感器（包括pH電極）連接好，再將數據采集器與計算機連接，設置數據采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開啟磁力攪拌器，同時開啟數據采集器測定溶液pH。記錄實驗數據。

（3）根據數據分別繪制如圖2、圖3所示曲線，由圖2知在一定溫度下不同濃度CH₃COONa溶液的pH是一個定值，不隨時間的變化而變化。由圖3可看出CH₃COONa溶液濃度與pH之間存在增函數關系，且pH增長的趨勢隨著濃度的增大而減弱。這說明增加CH₃COONa溶液的濃度可以促進水解，但其促進水解的作用會隨著濃度的增加而逐漸減弱，即CH₃COONa溶液的濃度越大，CH3COO-離子水解的程度反而越小。

1.3.2 溶液酸堿度對醋酸鈉水解的影響

（1）在室溫下，將0.600 mol/L的CH₃COONa溶液稀釋為0.1000 mol/L備用。

（2）取100mL 0.1000 mol/L的CH₃COONa溶液倒入燒杯中，按圖1連接裝置，將數據采集器、pH傳感器（包括pH電極）連接好，再將數據采集器與計算機連接，設置數據采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開動磁力攪拌器，同時開啟數據采集器測定溶液pH，之后滴入兩滴0.1 mol/L氫氧化鈉溶液，觀察溶液的實時pH變化曲線。記錄實驗數據。

（3）另取0.1000 mol/L CH₃COONa溶液100mL倒入燒杯中，按圖1連接裝置，設置數據采集器的采樣率為0.5 samples/s，將電極插入溶液中（保證玻璃球浸泡在溶液中）并固定好，開動磁力攪拌器，同時開啟數據采集器測定溶液pH，之后滴入兩滴0.12 mol/L鹽酸溶液，觀察溶液的實時pH變化曲線。記錄實驗數據。endprint

（4）根據記錄數據，分別繪制如圖4、圖5曲線。由圖4看出，加入NaOH溶液后，由于OH-濃度增大，溶液的pH會突然增大，但之后又逐漸減小，說明水解平衡向逆反應方向移動，導致OH-濃度減小，表明NaOH溶液可抑制CH₃COONa的水解，最終溶液的pH比初始大，符合勒夏特列原理。由圖5看出，加入鹽酸之后，由于H+濃度增大，pH會突然減小，但之后pH又逐漸增大，說明平衡向正反應方向移動了，表明加入鹽酸后，促進了醋酸鈉的水解。最終溶液的pH比初始小，符合勒夏特列原理。

1.4 結論性分析

（1）鹽類的水解程度與溶液的濃度有關。其他條件不變，濃度增大，鹽類的水解程度反而減小。

（2）鹽類的水解程度與酸堿度有關。其他條件不變，強堿弱酸鹽（如CH₃COONa）隨著pH的增大水解能力減弱，反之強酸弱堿鹽[如Al₂（SO₄）₃溶液]隨著pH的增大水解能力增強。

2 數字化手持技術實驗在課堂教學中的應用實例

以高中《化學反應原理》“鹽類的水解”第2課時“影響鹽類水解的主要因素和鹽類水解的應用”為例，將數字化手持技術實驗融人課堂教學中。

2.1 教學重難點

重點：各因素對鹽類水解的影響及應用。

難點：溶液的濃度及酸堿度對鹽類水解程度的影響。

2.2 教學過程

（1）導入新課。提出問題“為什么用熱的純堿溶液清洗油污效果會很好”，拉近化學與學生生活的關系，激發學生的興趣和求知欲望。

（2）學生實驗。以等體積、等濃度碳酸鈉和醋酸鈉溶液中滴加酚酞試液為例分組實驗探究鹽的組成與鹽的水解平衡的關系；以氯化鐵溶液為例探究溫度與鹽的水解平衡的關系。

（3）演示實驗。通過數字化手持技術演示濃度及溶液的酸堿度對醋酸鈉溶液水解平衡的影響相關實驗。通過多媒體呈現在大屏幕上。

（4）學生活動。實驗現象觀察后小組討論影響鹽溶液水解的因素及趨勢。

（5）師生歸納。組成鹽的酸的酸性或堿的堿性越弱時，鹽類的水解程度越大；升高溫度，鹽的水解程度增大；鹽濃度越大，水解程度越小；加入NaOH溶液，抑制強堿弱酸鹽的水解，加入鹽酸，促進強堿弱酸鹽的水解。

（6）應用拓展。教師拋出問題，小組討論。

①為什么用熱的純堿溶液清洗油污效果會很好？

小組A：堿性越強去除油污能力越強。純堿溶液受熱溫度升高，促進純堿水解，堿性增強，提高了其去除油污能力。

②實驗室配制—定濃度的氯化鐵溶液時常加入適量鹽酸，為什么？

小組B：氯化鐵屬于強酸弱堿鹽，其水溶液易水解，加入鹽酸，提高溶液的酸度，可以有效抑制其水解。

③日常生活中可用明礬凈水，吸附水中懸浮的小顆粒，其原理是水解產生膠狀物Al（OH）₃，要想提高明礬凈水能力，則可適當加入少量食用堿，為什么？

小組C：加入純堿溶液堿性增強，堿性環境促進明礬水解，產生更多的膠狀物，吸附能力增強，提高凈水能力。

教師小結：同學們已經很好地掌握了影響鹽類水解的因素，并能解決生活中的實際問題。endprint