数字实验在复分解反应条件探究中的应用

孙同杰+黄思国

人教版初中化学教材上通过三个分别产生了气体、沉淀和水的反应的介绍，直接给出了复分解的条件。教材只要求学生在宏观层面通过判断反应是否有气体、沉淀和水来确定反应能否发生；但在微观的层面对学生并没有作要求。但是，人教版高中化学必修1中关于离子反应的认知，是通过复分解反应导入；所以在初步认识了复分解反应的条件之后，再进一步从离子的角度认识复分解反应的本质，对学生高中化学的学习是很好的铺垫。

在前面的课題“常见的酸和碱”中，课本有一个关于探究溶液的导电性的实验，通过灯泡是否发光，来判断酸碱的溶液是否导电，从而引出酸（碱）在溶液中能电离出氢离子（氢氧根）离子的内容。到此，学生已经了解了溶液导电的真正原因是溶液中含有大量的自由移动的离子，这为深入探究复分解反应的条件奠定了基础。但是，如何让学生更直观地感受到溶液中的离子变化呢？借助电导率传感器，我设计了下面的探究实验，取得了很好的教学效果。

一、教学片段

【提问】上一节课我们已经学习了复分解反应的条件是生成物中有气体、沉淀或水生成。请同学们思考一下，为什么复分解反应需要达到这样的条件呢？复分解反应的本质是什么呢？你们想知道吗？

【生】想！

【师】好！那么今天我们就一起来探究一下！

【师】现在讲台上有三瓶溶液，他们分别是稀硫酸、氢氧化钡、蒸馏水。请问，它们的导电性分别如何？

【生1】稀硫酸和氢氧化钡溶液可以导电，蒸馏水不导电。

【师】为什么呢？

【生1】上一节课做过稀硫酸、氢氧化钠溶液以及蒸馏水的导电性的实验，得出了酸和碱的溶液都能导电；蒸馏水不导电。

【师】能否从离子的角度解释一下？

【生2】是因为酸溶液中都含有自由移动的氢离子，碱溶液中都含有自由移动的氢氧根离子；蒸馏水中几乎没有自由移动的离子。

【师】很好！看来大家对上一节课的内容掌握得很好！今天老师给大家带来了一种新的仪器来检验这些离子的存在。

【师】这是威尼尔电导率传感器，它能够检测溶液导电性的状况，我们先来测一下蒸馏水的电导率。

1.测定蒸馏水的电导率

实验药品和仪器：

蒸馏水、计算机、Logger Pro软件、导电率传感器、数据采集器

实验装置如下图：

■

实验结果：蒸馏水的电导率开始为10-18μS/cm，最后稳定在3μS/cm。

【教师】因为蒸馏水有着很微弱的电离，电离出极少量的氢离子和氢氧根离子，所以蒸馏水几乎不导电。

2.测定稀硫酸和氢氧化钡溶液的电导率

实验药品和仪器：

计算机、Logger Pro软件、导电率传感器、数据采集器、1mol/L氢氧化钡溶液、1mol/L硫酸溶液

实验装置：如上图所示，将烧杯中的液体分别换成1mol/L氢氧化钡溶液、1mol/L硫酸溶液，分别测出它们的电导率。

实验结论：硫酸溶液电导率开始为20000μS/cm，最终稳定在20670μS/cm。氢氧化钡溶液电导率开始为16900μS/cm，最终稳定在16960μS/cm

【师】由此可见，稀硫酸和氢氧化钡溶液都有很强的导电性，溶液中存在大量的自由移动的离子。

【师】分别都是哪些离子呢？

【生3】稀硫酸中存在大量的氢离子和硫酸根离子，氢氧化钡溶液中存在大量的钡离子和氢氧根离子。

【师】如果将稀硫酸和氢氧化钡溶液混合在一起，他们反应吗？反应后溶液的电导率如何？

【生4】它们能反应，因为一个是酸，一个是碱，会生成水，符合复分解反应的条件。反应后的电导率会减小，因为溶液中的氢离子和氢氧根离子没了。

【师】反应后的溶液还能导电吗？

【生5】还能导电，溶液中还有钡离子和硫酸根离子。

【生6】不能导电了，钡离子和硫酸根离子会变成沉淀，我提前预习过后面的内容，我知道！

【师】很好！请大家把课本翻到第127页，这里有酸碱盐的溶解性表，大家看看钡离子和硫酸根离子相遇会怎么样？

【生齐】不溶！

【师】对！会变成硫酸钡沉淀！所以大家想想这个反应最终溶液导电性会怎么样？

【生7】导电性会减小。

【追问】会一直减小吗？减小到蒸馏水的电导率3μS/cm吗？

【生7】开始会一直减小，但是要是硫酸过量的话，溶液导电性还应该再次变强。

【师】非常好！你考虑到了过量的问题！那么下面我们就来做一下实验，验证一下你的猜想！

3.测定氢氧化钡溶液中逐渐滴加稀硫酸后溶液电导率的变化

实验药品和仪器：

计算机、Logger Pro软件、导电率传感器、数据采集器、1mol/L氢氧化钡溶液、1mol/L硫酸溶液、酸式滴定管、磁力搅拌器。

实验装置：如下图

实验步骤：

1.量取20.00mL 1mol/L氢氧化钡溶液放入洗净的100mL烧杯中，放入磁子，放置到磁力搅拌器上，将装好标准硫酸溶液的酸式滴定管固定好待用。

2.打开电磁搅拌器开关，逐滴滴入硫酸溶液，采集数据。

图形记录如下：

【师】这个变化趋势和刚才那位同学的猜想完全一致，大家给他一些掌声鼓励！

（学生们兴奋地鼓掌……）

【提问】请问这个图形呈现V字形最低点代表什么含义？

【生7】（获得掌声的那一位）最低点表示硫酸和氢氧化钡恰好完全反应，生成了沉淀和水，这个时候溶液中的自由移动的离子数目最小，所以电导率最低。

【师】为什么图形上面的最低点的值比蒸馏水的电导率还要大呢？不是完全反应了吗？按道理应该和纯水（蒸馏水）一样啊！？

（学生都很沉默）

【师】提示一下，前面我们学过溶解度！难溶物的溶解度是个什么范围？

【生8】我想起来了，常温下，溶解度小于0.01克是难溶，也就是说，硫酸钡还是有一点点溶在水中的。所以电导率大于蒸馏水！

【师】（带头鼓掌）很好！没有绝对不溶的物质，难溶物硫酸钡还是有很小一部分溶在了水中，所以电导率大于蒸馏水。另外由于反应后的溶液中水的量变多，所以后来滴入硫酸相当于被稀释了，所以电导率回升的幅度没有下降的幅度大，大家看到了吗？

【师】通过这个实验，你对复分解反应的条件有没有新的认识呢？

【生9】物质发生复分解反应时，溶液中的离子浓度会减少！

【师】很好！所以说复分解反应的条件实质是：反应朝着离子浓度的减少方向进行。生成气体、沉淀或水其实就是离子浓度的减少的三种方式而已！大家明白了吗？

【生齐】噢……

【师】好！下面我们来看几道练习题……

二、课后反思

复分解反应是初中酸碱盐知识板块的一个重要反应，对这一块内容的掌握情况将直接影响学生高一离子反应的学习。本堂课采用了数字实验，让学生能够定量地、直观地分析稀硫酸和氢氧化钡溶液的反应的微观过程，弄清了复分解反应的本质，展示了数字实验的魅力，更提高了学生的思维品质，为以后更高一级的学习打下了良好的基础。

（作者单位：1.安徽省马鞍山市二中实验学校 2.安徽省马鞍山市第八中学）