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摘 要：隨著科學的發展和時代的進步，新理念不斷深入人心，新方法層出不窮，大大地豐富了實驗教學的手段。以傳感器和計算機為基礎，實現信息技術與傳統實驗教學有效整合的數字化實驗室應運而生。本文就酸堿中和滴定實驗一例簡單論述了數字實驗的應用和優點。

關鍵詞：數字化實驗；傳感器；酸堿中和滴定；優點

我們學校去年裝配了數字化化學實驗室（DISLAB），在教學中的應用效果非常好。在此筆者簡單介紹酸堿中和滴定的數字化實驗。

一、 實驗介紹

1. 實驗目的：

（1）通過其pH變化曲線的繪制，理解酸堿中和滴定的pH變化規律。

（2）通過本實驗了解數字傳感器在化學實驗中的應用，并掌握其使用方法。

（3）讓學生了解中和時的pH與酸堿強弱的關系，并對普通滴定實驗中指示劑的選用有正確的理解。

2. 實驗原理：

通過使用pH傳感器測定酸（鹽酸或乙酸）滴定堿（氫氧化鈉溶液或氨水）過程中溶液pH的變化，并且借助計算機以圖像形式顯示出來，得到其反應過程中的pH變化曲線，并確定滴定終點。根據C1V1=C2V2，可以算出待測溶液的物質的量濃度。

3. 實驗器材：計算機及相關軟件、數據采集器、pH傳感器、磁力攪拌器、光電門傳感器、250mL燒杯、50mL酸式滴定管、50mL堿式滴定管、鐵架臺、中和滴定固定板（可用兩個鐵夾代替）、量筒、0.1mol/L鹽酸、0.1mol/L乙酸溶液、0.1mol/L氫氧化鈉溶液、0.1mol/L氨水、pH標準溶液、傳感器連接線若干、USB連接線等。

4. 實驗過程

準備階段：（1）將堿式滴定管中加滿0.1mol/L氫氧化鈉溶液，放去氣泡，并放25.00mL于250毫升的燒杯中；（2）將酸式滴定管中加滿0.1mol/L鹽酸溶液，放去氣泡；（3）用pH為4.00、6.83、9.18的標準溶液將pH傳感器標定；（4）打開磁力攪拌器，并確保光電門等傳感器都連接好；（5）運行DISLAB數字化實驗室單機運行平臺。打開“酸堿中和滴定”實驗模板，單擊“脫機”，進行傳感器與軟件的連接，電腦顯示設備連接成功時界面準備完成。

實驗操作步驟：

（1）打開光電門傳感器選擇液滴計數模式（I，I—U—I燈亮），并清零；

（2）單擊實驗開始按鈕，按鈕置于“ON”，開始實驗；

（3）調節滴定管旋鈕，讓酸以不連續的液滴開始滴定，等pH降到7以下時，單擊結束按鈕完成一次實驗。

重復上述實驗過程可以完成鹽酸滴定氨水實驗、乙酸滴定氫氧化鈉溶液實驗、乙酸滴定氨水實驗。

數據的處理：

實驗過程中學生可以通過計算機或大屏幕觀察到pH傳感器測定的pH數據和光電門傳感器測定的滴定劑體積兩組對應數據。計算機處理后可以用pH—V圖像表示出來。見下圖：

這些圖像無疑生動的表示出了四個實驗的相同點和不同點，學生經過對比可獲得一個理性的認識。非常直觀的掌握了酸堿反應恰好中和及恰好達中性的區別。從而，加深了學生對課本知識的理解。

二、 對此實驗的評價

傳統實驗做法中使用指示劑來指示滴定終點，實驗過程中主要靠實驗者的目測確定終點，所以誤差很大。而且也很難根據新課標的要求繪制出酸堿中和滴定的曲線；操作過程復雜，難以實現連續觀察。數字化實驗作為一種新的實驗手段，與傳統的實驗方法在技術上、操作上以及思維方法上有所不同，簡單比較之下有以下幾點優點：

1. 將不同的信息通過傳感器轉化成數字信號，方便記錄與數據處理，實驗數據處理速度快，時效性強，能產生直觀的印象。

2. 在實驗數據的采集方面，用傳感器替代了傳統的實驗者觀察，減少了人為誤差的產生，并且實驗數據穩定，可重復性強。

3. 每一個實驗都配有相應的模板，其中列舉了每個實驗的實驗過程，步驟條理明確，可與課堂教學中的多媒體課件相結合。

4. 同一數據收集裝置可搭配不同的傳感器，增加實驗的靈活性，可通過不同傳感器的搭配，完成不同的實驗目的。

總之，數字化實驗在教學中的使用還是一個新生事物，還存在一個發展壯大的過程，它作為傳統實驗的有益補充，會讓越來越多的人接受它，而且，實驗手段的數字化和高科技化是整個實驗領域的發展方向，數字化實驗符合這一趨勢，必能帶來化學實驗的新變革。

參考文獻：

[1]王祖浩，王磊.高中化學課程標準解讀[M].湖北教育出版社，2004.

[2]蔣永貴，吳俊明.新課程背景下的數字化實驗室及其在中學理科教學中的應用[J].中國電化教育，2006，（11）：45-48.

[3]數字實驗室實驗手冊.

[4]魏巍.數字化實驗室與中學化學實驗[J].化學教育，2006，27（11）：50-53.

[5]孟立凡，藍金輝.傳感器原理與應用[M].北京：電子工業出版社，2007.

作者簡介：

郭雙橋，河北省唐山市，唐山市曹妃甸區第一中學。