氣體壓強傳感器在定量實驗中的應用

張苧丹

摘要：將數字化實驗與定量型化學實驗相結合，以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，利用過氧化鈉與足量的水反應，通過測定反應前后體系中壓強的變化，從而實現測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。并探討利用該方法，實現化學拓展課程中定量實驗的設計。

關鍵詞：定量實驗；數字化實驗；氣體壓力傳感器

文章編號：1008-0546（2018）11-0093-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.11.030

定量型實驗，是指對某些“量”具有準確要求的化學實驗，這種實驗不僅能培養學生嚴謹的科學態度、規范的操作要領、創新能力等，還有利于學生綜合運用所學知識、技能去解決問題，形成“量”的概念，以及形成“量變到質變”、“微觀到宏觀”等科學的方法論與價值觀 [1]。

基于數字化信息系統（DIS）的化學定量實驗是一種新型的實驗方法，利用傳感器對連續變化和微小數據量變化的測量是它的優勢和特點。傳感器技術不僅可以使實驗過程中的“變化”變得明晰，而且從定量的角度反映實驗過程的變化，以獲得精確的實驗結果 [2]。因此，在中學階段開發基于數字化實驗為基礎的定量實驗校本課程具有重要的意義。

氣體壓力傳感技術作為DIS實驗技術的一種，可以監測在恒容、密閉體系中氣體微弱的壓強變化，因此可以將其用于研究有氣壓變化的化學定量實驗。本文以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，測定長期放置的過氧化鈉的百分含量，并探討利用該方法，實現化學拓展課程中定量實驗的設計。

一、實驗原理

二、實驗儀器和藥品

壓強傳感器，溫度傳感器、計算機及相應配套軟件、電子天平、錐形瓶、試管、鑷子、10mL量筒、過氧化鈉、蒸餾水。

三、實驗步驟

（1）通過排液法測得錐形瓶的容積：V=268mL。

（2）如圖所示，將數據采集器、壓強傳感器、溫度傳感器和計算機相連。

（3）稱取一定質量的過氧化鈉，然后將該過氧化鈉置于干燥的錐形瓶中。

（4）用量筒量取10.0mL的水于小試管中，將小試管用鑷子小心地放入錐形瓶中。按圖1所示連接好裝置。

（5）打開LoggerPro軟件。待初始壓強趨于穩定后，啟動“采集”按鈕，計算機開始采集反應體系的壓強與溫度數據。迅速傾斜錐形瓶，使試管中的水進入錐形瓶中，小心地搖動錐形瓶，加速過氧化鈉與水的反應。

（6）觀察壓強隨時間的變化曲線，當氣體壓強達到穩定的數值后，停止采集數據。

（7）重復實驗兩次。

四、實驗結果與分析

圖2、3、4分別為三組實驗過程中體系內氣壓變化曲線。當試管中的水與錐形瓶中的過氧化鈉接觸后，由于氧氣的大量產生，錐形瓶內的壓強迅速增大，直至反應結束，壓強趨于穩定。采集反應前后的壓強，利用理想氣體狀態方程，計算得到過氧化鈉的百分含量。實驗結果如表1所示。

五、拓展應用

將數字化實驗與定量型化學實驗相結合，可以使實驗過程中微量變化變得明晰，有助于實現化學定量實驗中的微量成分的快速分析。本實驗設計以氣體壓強傳感器作為主要的實驗設備，利用過氧化鈉與足量的水反應，通過測定反應前后體系中壓強的變化，從而實現測定長期放置的過氧化鈉的百分含量。利用該方法，可以設計一系列反應過程中存在壓強變化的拓展定量實驗，實現成分的快速分析，如：鎂鋁合金中鋁含量的測定，可以采用樣品與氫氧化鈉溶液反應，2Al+2NaOH+2H2O→2NaAlO2+3H2↑，通過壓力傳感器測定反應前后壓強的變化，測定產生氫氣的量，從而確定鋁含量；又如：小蘇打中碳酸氫鈉含量的測定，可以采用小蘇打與稀硫酸反應，2NaHCO3+H2SO4→Na2SO4+2CO2↑+2H2O，利用壓強變化，確定碳酸氫鈉與稀硫酸反應產生的二氧化碳的量，從而確定碳酸氫鈉的含量等等。該方法為我們定量實驗化學拓展課程的設計提供了新的思路和方法。

參考文獻

[1] 王川，劉勇，李樹偉.淺議在中學化學教學中增加定量型實驗的意義[J].化學教育，2012（4）：66-68

[2] 羅敏，羅傳春.基于傳感器技術的兩個定量實驗案例[J].中學化學教學參考，2016（6）：58-59