利用電導率傳感器和pH值傳感器探究Ca(OH)₂與SO₂反應

韋世陽 孫凱 王牡丹

摘要：Ca（OH）2溶液與SO2反應在理論上是能夠觀察到渾濁現象的，類似Ca（OH）2溶液與CO2反應，但是實際實驗中并不能看到明顯的渾濁現象，實驗過程中有時根本就觀察不到。本實驗利用電導率傳感器和pH值傳感器探究Ca（OH）2與SO2反應的實驗，獲得滴定曲線圖，讓學生能夠直觀地看到實驗反應的基本過程。

關鍵詞：電導率傳感器? pH值傳感器? Ca（OH）2與SO2

一、引言

Ca（OH）2溶液與SO2反應一直以來都是高中生的學習重點，并且在學習過程中，學生會將其與Ca（OH）2溶液與CO2的反應進行比較，反應為：Ca（OH）2和SO2生成CaSO3和H2O與Ca（OH）2和CO2生成CaCO3和H2O。

在對實驗現象的描述上，都是以出現渾濁現象來判定和證明反應的結束。但是實際情況又如何呢？在實驗中，選擇飽和澄清石灰水，向其中通入SO2，幾乎看不到渾濁現象，如果選擇不飽和的澄清石灰水，向其中通入SO2，實驗中更看不到渾濁現象，這主要是CaSO3的溶解度比CaCO3的溶解度大，所以在學生演示實驗中，很容易出現實驗失敗。多次實驗結果表明：SO2與澄清石灰水之間幾乎看不到沉淀現象，或者說用肉眼很難得出結論。在這種情況下，可以選擇科技前沿較為成熟的手持技術。現在已經有越來越多的傳感器出現在中學課堂中，實時準確地將實驗中肉眼看不到的現象通過現代技術手段展示出來，取得較好的實驗效果。

二、實驗內容及結論

（一）傳感器工作原理

電導率傳感器是一種測定溶液導電性的傳感器。電感型電導率傳感器，這是一種依據電磁感應原理實現對液體電導率進行測量的一種儀器。電導率傳感器通過計算溶液中離子濃度大小，然后以圖像的形式展現在電腦軟件上。pH值傳感器的原理類似pH計，可測量的范圍是0～14。

（二）實驗原理

Ca（OH）2溶液與SO2反應生成CaSO3和H2O。向飽和Ca（OH）2溶液中通入SO2氣體，因為在反應過程中會生成沉淀（雖然有時候用肉眼是無法看到明顯現象的），因而造成溶液中離子濃度減小，從而表現出導電能力下降，所以能夠得到一個導電能力下降的變化趨勢圖，但是隨著反應的繼續，SO2氣體的不斷通入，SO2、CaSO3和H2O生成Ca（HSO3）2，Ca（HSO3）2是一種能夠溶于水的強電解質，因而使得溶液中的離子濃度變大，從而得到導電能力增強的變化趨勢圖。

與此同時，隨著SO2不斷的通入，溶液的堿性不斷降低，所以在pH的變化上將會顯示出一個酸堿中和反應的變化趨勢圖，就是相當于亞硫酸與澄清石灰水的酸堿中和，會有一個經典的“S”變化趨勢圖。

（三）實驗儀器及藥品：

濃硫酸，亞硫酸鈉固體，飽和Ca（OH）2溶液，滴數傳感器，磁力攪拌器，pH值傳感器，電導率傳感器，數據采集器（VENIER LabPro），電腦和軟件（Logger Pro 3）。

（四）實驗步驟

（1）如圖1所示，組裝好儀器和電腦，打開操作軟件;

（2）打開分液漏斗的活塞，緩慢流出濃硫酸，待氣體產生均勻后再通入到盛有飽和的澄清石灰水中;

（3）點擊軟件中數據采集，讓氣體緩慢通入，計算機將會自動的記錄數據;

（五）實驗數據及處理：

（1）實驗滴定圖像如圖2：

（2）由圖像可以看到，將SO2通入到飽和Ca（OH）2溶液中后，溶液的導電能力下降，但是隨著SO2氣體的不斷通入會發生SO2、CaSO3和H2O生成Ca（HSO3）2的反應，而生成的Ca（HSO3）2是一種能夠溶于水的強電解質，因而使得溶液中的離子濃度變大，從而造成導電能力增強的變化趨勢。

與此同時，隨著SO2不斷的通入，溶液的堿性不斷降低，所以在pH的變化上將會顯示出一個酸堿中和反應的變化趨勢圖像，相當于亞硫酸與澄清石灰水的酸堿中和，會有一個經典的“S”變化趨勢圖。

三、創新點

（1）從實驗角度出發，闡述了Ca（OH）2和SO2反應生成CaSO3和H2O這個反應的存在，但是同時又打破了傳統的認為有明顯渾濁的結論。

（2）運用現代科技，解決了傳統的定性實驗無法定量化的問題，給高中生呈現反應的結果和反應的過程，讓學生觸及了化學反應的本質，提高了學生學習化學的熱情和對化學的全面認識。

（3）創新使用電導率傳感器和pH傳感器證明了Ca（OH）2和SO2反應生成CaSO3和H2O的反應原理和反應過程，對學生認識定量化學起到了至關重要的作用;當然也打破了學生原有思維，讓他們用審視的眼光來看待化學實驗，同時增進了學生對于現代科技的接受程度。

（4）Ca（OH）2和SO2反應生成CaSO3和H2O這個反應現象的不明顯給學生造成了很大的困擾，但是傳感器技術以圖像告訴學生沒有現象也可以反應，從而大大提升了學生化學學習興趣。這樣一種將數學曲線和化學反應相結合的方式大大激發了學生的學習動力。

化學不只是試劑的相混合，也不只是現象的有無，反應本身就是存在的，只是我們老師如何將它展示在學生面前。科技的發展非常迅猛，傳感器技術僅僅只是其中一個，還有很多其他技術在當下還沒有應用到化學上，相信這些技術在不久的將來就會服務于化學教學。

參考文獻：

[1]高妙添.基于“四重表征”與“手持技術”教學模式的實踐研究——以“鹽酸滴定碳酸鈉和碳酸氫鈉的pH變化”為例.化學教育，2013（6）：3841.

[2]華中師范大學，東北師范大學，陜西師范大學.分析化學[M].北京：高等教育出版社，1981：417423.