利用電導(dǎo)率傳感器和pH值傳感器探究Ca(OH)₂與SO₂反應(yīng)

韋世陽 孫凱 王牡丹

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

關(guān)鍵詞：電導(dǎo)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(yīng)一直以來都是高中生的學(xué)習(xí)重點，并且在學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生會將其與Ca（OH）2溶液與CO2的反應(yīng)進(jìn)行比較，反應(yīng)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(xiàn)象的描述上，都是以出現(xiàn)渾濁現(xiàn)象來判定和證明反應(yīng)的結(jié)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(xiàn)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(xiàn)象，這主要是CaSO3的溶解度比CaCO3的溶解度大，所以在學(xué)生演示實驗中，很容易出現(xiàn)實驗失敗。多次實驗結(jié)果表明：SO2與澄清石灰水之間幾乎看不到沉淀現(xiàn)象，或者說用肉眼很難得出結(jié)論。在這種情況下，可以選擇科技前沿較為成熟的手持技術(shù)。現(xiàn)在已經(jīng)有越來越多的傳感器出現(xiàn)在中學(xué)課堂中，實時準(zhǔn)確地將實驗中肉眼看不到的現(xiàn)象通過現(xiàn)代技術(shù)手段展示出來，取得較好的實驗效果。

二、實驗內(nèi)容及結(jié)論

（一）傳感器工作原理

電導(dǎo)率傳感器是一種測定溶液導(dǎo)電性的傳感器。電感型電導(dǎo)率傳感器，這是一種依據(jù)電磁感應(yīng)原理實現(xiàn)對液體電導(dǎo)率進(jìn)行測量的一種儀器。電導(dǎo)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(xiàn)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(yīng)生成CaSO3和H2O。向飽和Ca（OH）2溶液中通入SO2氣體，因為在反應(yīng)過程中會生成沉淀（雖然有時候用肉眼是無法看到明顯現(xiàn)象的），因而造成溶液中離子濃度減小，從而表現(xiàn)出導(dǎo)電能力下降，所以能夠得到一個導(dǎo)電能力下降的變化趨勢圖，但是隨著反應(yīng)的繼續(xù)，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(zhì)，因而使得溶液中的離子濃度變大，從而得到導(dǎo)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(yīng)的變化趨勢圖，就是相當(dāng)于亞硫酸與澄清石灰水的酸堿中和，會有一個經(jīng)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(shù)傳感器，磁力攪拌器，pH值傳感器，電導(dǎo)率傳感器，數(shù)據(jù)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(chǎn)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(shù)據(jù)采集，讓氣體緩慢通入，計算機將會自動的記錄數(shù)據(jù);

（五）實驗數(shù)據(jù)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(dǎo)電能力下降，但是隨著SO2氣體的不斷通入會發(fā)生SO2、CaSO3和H2O生成Ca（HSO3）2的反應(yīng)，而生成的Ca（HSO3）2是一種能夠溶于水的強電解質(zhì)，因而使得溶液中的離子濃度變大，從而造成導(dǎo)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(yīng)的變化趨勢圖像，相當(dāng)于亞硫酸與澄清石灰水的酸堿中和，會有一個經(jīng)典的“S”變化趨勢圖。

三、創(chuàng)新點

（1）從實驗角度出發(fā)，闡述了Ca（OH）2和SO2反應(yīng)生成CaSO3和H2O這個反應(yīng)的存在，但是同時又打破了傳統(tǒng)的認(rèn)為有明顯渾濁的結(jié)論。

（2）運用現(xiàn)代科技，解決了傳統(tǒng)的定性實驗無法定量化的問題，給高中生呈現(xiàn)反應(yīng)的結(jié)果和反應(yīng)的過程，讓學(xué)生觸及了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情和對化學(xué)的全面認(rèn)識。

（3）創(chuàng)新使用電導(dǎo)率傳感器和pH傳感器證明了Ca（OH）2和SO2反應(yīng)生成CaSO3和H2O的反應(yīng)原理和反應(yīng)過程，對學(xué)生認(rèn)識定量化學(xué)起到了至關(guān)重要的作用;當(dāng)然也打破了學(xué)生原有思維，讓他們用審視的眼光來看待化學(xué)實驗，同時增進(jìn)了學(xué)生對于現(xiàn)代科技的接受程度。

（4）Ca（OH）2和SO2反應(yīng)生成CaSO3和H2O這個反應(yīng)現(xiàn)象的不明顯給學(xué)生造成了很大的困擾，但是傳感器技術(shù)以圖像告訴學(xué)生沒有現(xiàn)象也可以反應(yīng)，從而大大提升了學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。這樣一種將數(shù)學(xué)曲線和化學(xué)反應(yīng)相結(jié)合的方式大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動力。

化學(xué)不只是試劑的相混合，也不只是現(xiàn)象的有無，反應(yīng)本身就是存在的，只是我們老師如何將它展示在學(xué)生面前。科技的發(fā)展非常迅猛，傳感器技術(shù)僅僅只是其中一個，還有很多其他技術(shù)在當(dāng)下還沒有應(yīng)用到化學(xué)上，相信這些技術(shù)在不久的將來就會服務(wù)于化學(xué)教學(xué)。

參考文獻(xiàn)：

[1]高妙添.基于“四重表征”與“手持技術(shù)”教學(xué)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(xué)教育，2013（6）：3841.

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