利用数字化系统绘制酸碱滴定曲线

魏建春

学科：高中化学。教材版本：人民教育出版社。适应对象：高二年级理科倾向学生。

一、教学背景

在学习高中化学《选修4化学反应原理》第48-51页时，用酸碱滴定方法测定待测溶液的浓度，有同学提出质疑：强酸（碱）滴定强碱（酸），理论反应终点都是pH=7，而酸碱指示剂的变色范围（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙来指示的滴定终点pH肯定不等于7，读出此时V（标准），再计算出c（待测），是不是存在很大的误差？

二、教学目标

（一）让学生了解数字化系统绘制酸碱滴定曲线的方法

（二）让学生掌握利用酸碱滴定曲线探究酸碱反应中pH的变化特点

（三）培养学生能从问题出发，设计探究方案，进行实验探究的能力

三、教学重点

探究用酚酞和甲基橙来指示滴定终点，由此来计算c（待测），是不是存在很大的误差问题。

四、教学难点

探究用酚酞和甲基橙来指示滴定终点，由此来计算c（待测），是不是存在很大的误差问题。

五、教学方法

发现问题，探究问题，实验设计、操作、演示与讲解。

六、教学过程

（一）提出问题

学生1：老师，我在学习酸碱滴定方法测定待测溶液的浓度时有一个疑问：强酸（碱）滴定强碱（酸），理论反应终点都是pH=7，而酸碱指示剂的变色范围（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙来指示的滴定终点pH肯定不等于7，读出此时V（标准），再计算出c（待测），是不是存在很大的误差？

学生2：我觉得这不是问题，我们只要通过实验得到数据，作出酸碱滴定曲线就会很容易分析出来。

学生3：我觉得能得到数据和曲线确实能解决问题，但是我们上一节课学习了实验测定酸碱滴定曲线太麻烦了，如果有更好的途径得到数据和曲线就好了！

老师：确实有更好的途径，我们学校的探究实验室就能实现，让我们一起走进探究实验室。

（二）设计探究实验：利用数字化系统绘制酸碱滴定曲线

1.实验原理

利用数据采集系统实时采集酸碱滴定过程中滴加酸（或碱）的体积，反应溶液pH，然后设体积为横坐标，pH为纵坐标，借助计算机及Lab-studio绘出pH随体积变化的曲线。

2.实验用品

0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液、50.00mL酸式滴定管、50.00mL碱式滴定管、滴定管夹、铁架台、250毫升烧杯、磁力搅拌器（带磁子）、pH传感器、滴定计数器、数据采集器、计算机和Lab-studio软件。

3.实验设计

（1）用pH传感器取代了传统的pH计算。

（2）用滴定计数器测量下滴溶液的体积。

（3）用磁力搅拌器的搅拌子搅拌溶液替代我们的右手摇动，用烧杯替代锥形瓶。

（4）用计算机及Lab-studio替代我们传统的绘图工具，直观绘出酸碱滴定曲线。

4.实验操作步骤

（1）仪器组装

①由下到上装好仪器：磁力搅拌器、250毫升烧杯、pH传感器，滴定计数器，酸式滴定管和碱式滴定管（已经装好0.1000mol/LHCl溶液、0.1000mo1/LNaOH溶液，并调整至零刻度）。

②把pH传感器、滴定计数器连接到数据采集器上，把数据采集器连上计算机。

（2）药品取用

从碱式滴定管取20.00mL0.1000mol/LNaOH溶液于干燥的烧杯中，滴2滴酚酞，放入磁力搅拌器的搅拌子。

（3）软件设置

①打开Lab-studio软件，点击【实验设置】，点击【添加栏】，改名称为体积，单位设为mL，点击【类型】，选择【计算栏】并设置【计算式】为滴数*0.047。

②点击【绘图及分析】【绘图设置】，设置横轴为体积（mL），纵轴为pH。

（4）开始滴定

①打开磁力搅拌器，调整搅拌速度，点击【开始采集】，拧开酸式滴定管活塞向烧杯中滴加0.1000mol/LHCl溶液，调整下滴速度（2～3滴/s）。

②观察Lab-studio中数据的采集，滴定曲线的形成以及烧杯内颜色的变化。

（5）实验结束

点击【停止采集】，关闭酸式滴定管活塞，关闭磁力搅拌器。

老师：下面根据计算机输出的数据和图像，我们来分析用酚酞和甲基橙做指示剂来指示终点，所计算出c（待测），是不是存在很大的误差？我们先来看酚酞做指示剂的情况。

（三）分析数据图像

1.酚酞作指示剂

老师：大家从计算机输出的数据和图像，你能发现什么？

学生：从上图可以看出当pH降到7.83时，溶液由红色变无色，即为滴定终点。

老师：为什么pH降到7.83时，溶液由浅红色变无色。

学生：因为酚酞的变色范围（pH）为8.2-10.0，pH大于8.2时溶液为浅红，只有低于8.2才会变无色。

老师：那么此时滴加HCl溶液体积为多少？

学生：19.96mL。

老师：大家计算一下此时NaOH溶液浓度，我请一个同学到黑板上来运算。

2.甲基橙作指示剂

老师：大家从计算机输出的数据和图像，你能发现什么？

学生：从上图可以看出当pH降到4.38时，溶液由黄色变橙色，即为滴定终点。

老师：为什么pH降到4.38时，溶液由黄色变橙色。

学生：因为酚酞的变色范围（pH）为3.1-4.4，pH大于4.4时溶液为黄色，pH只有低于4.4才会变橙色。

老师：那此时滴加HCl溶液体积为多少？

学生：20.08mL。

（四）得出结论

在强酸（碱）滴定强碱（酸）实验中，选用酚酞和甲基橙做指示剂来指示的终点，虽然指示的终点不是pH=7，但是读出此时V（标准）与实际的V（标准）相差很小，再由此计算出的待测溶液浓度误差很小，都在允许范围内。所以强酸（碱）滴定强碱（酸）实验中，选用酚酞和甲基橙做指示剂来指示的终点是没有问题的，同学们以后可以放心选用。

七、本课程小结

（一）提出问题

强酸（碱）滴定强碱（酸），理论反应终点都是pH=7，而酸碱指示剂的变色范围（pH）[酚酞8.2-10；甲基橙3.1-4.4]，如果用酚酞和甲基橙来指示的滴定终点pH肯定不等于7，读出此时V（标准），再计算出c（待测），是不是存在很大的误差？

（二）设计探究实验

利用数字化系统绘制酸碱滴定曲线，同时输出实时数据。

（三）分析数据图像

根据输出的数据和图像，分析用酚酞和甲基橙做指示剂指示的终点，读出此终点的V（标准），计算此时c（待测）浓度，再进行误差分析。

（四）得出结论

在强酸（堿）滴定强碱（酸）实验中，选用酚酞和甲基橙做指示剂来指示的终点，虽然指示的终点不是pH=7，但是读出此时V（标准）与实际的V（标准）相差很小，再由此计算出的待测溶液浓度误差很小，都在允许范围内。所以强酸（碱）滴定强碱（酸）实验中，选用酚酞和甲基橙做指示剂来指示的终点是没有问题的，同学们以后可以放心选用。

八、课后巩固

见本微课的《微习题》

提出一点期望：在以后的化学学习中，面对“异常”现象敢于提出自己的见解，积极设计自己的探究方案，进行实验探究，然后通过数据分析推理加以证实或证伪。

编辑 高 琼