利用数字化实验对石灰石与盐酸反应的再探究

魏明贵 徐泓

摘要：针对“石灰石与稀盐酸反应到没有气泡产生，此时稀盐酸没有反应完全，只是浓度过低，不足以使反应持续进行”这一观点，提出问题并设计实验方案，用pH传感器多次测定反应后溶液的pH并得出结论，最后提出自己的几点思考。

关键词：数字化;pH传感器;结论;思考

文章编号：1008-0546（2019）09-0085-02

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.09.027

真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。因此，教师在教学中应重视创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展[1]。

本文结合“石灰石与盐酸反应的再探究”教学中教师的设计过程为例，分析在问题情境下合作探究对培养学生核心素养的作用，欲起抛砖引玉的作用。

一、设计思路

在初中化学教学中，教师常常用过量的石灰石处理废液中的盐酸，并认为看不到有气泡产生，说明废液中的盐酸已经被消耗掉。笔者在教学中遇到一道有关这方面的试题：

某同学实验后，为了防止废液中过量的盐酸污染环境，他按照传统方式向废液中加入过量的石灰石，并同时用pH传感器测整个过程的pH变化，即从开始反应到最终不再产生气体直至过量石灰石沉淀分层，静置一段时间后得到的图像如图l。命题老师编制这道试题的目的是说明“用过量的石灰石除去废液中稀盐酸是不合理的”或者“根本不能将盐酸除去，但反应到一定时候反应就不再发生”。

笔者查阅文献，在《中学化学教学参考》2017年第7期（上月刊）的《数字传感仪在初中化学实验中的应用》中，作者利用数字化实验测该反应后pH，多次测定发现，当肉眼完全看不到气泡，大理石有剩余时，溶液的pH基本停留在1.7 -1.9。文章还写到“数据说明，我们看到没有气泡其实并不是稀盐酸反应完全了，只是它的浓度过低，不足以使反应持续进行[1]。”

根据试题和文献的描述，都只是在气泡“停止”后用传感器测出剩余溶液的pH，并没有持续研究下去，是不是真的反应就无法进行下去呢？带着这种疑惑，笔者对该反应过程进行了再探究。

二、实验设计和过程

实验仪器和药品：智能数字实验盘、pH传感器、笔记本电脑、烧杯;石灰石、10%稀盐酸。

实验设计如图2、图3：

实验过程：将足量的石灰石和一定量10%的稀盐酸放在烧杯中，从反应有大量气泡产生到肉眼无法看到气泡，每过一段时间多次用pH传感器测定烧杯中溶液的pH。

三、实验数据

石灰石与稀盐酸刚刚开始反应，有大量气泡产生，溶液pH变化曲线如图4所示。

从曲线变化明显看出，由于石灰石不断地消耗溶液中的HCl，使得溶液的pH不断地增加并且变化很快（反应剧烈造成对传感器探头的碰撞，使得曲线中抖动情况）。大约过去二十分钟后，仍然有少量气泡产生，溶液pH变化曲线如图5所示。

从曲线变化可以看出，反应明显变慢，但溶液的pH在增大，由图4的1.23增加到1.44，说明溶液中HCl仍然被消耗。

接下来，分别测试了l小时（已经看不到气泡）、5小时和1天以后烧杯中溶液的pH，分别见图6、图7和图8。

反应到肉眼无法看到气泡时，烧杯中非常的“安静”、溶液非常的“清澈”（图9），在看似“风平浪静”的情况下，经多次不同时间段的测试，溶液的pH仍然在不断地增加，由无气泡测出的2.13增加到5.84。

四、实验结论和反思

1.实验结论

（1）从定性角度分析，石灰石与稀盐酸反应一开始有大量气泡、反应放热且石灰石部分溶解;随着反应进行，由于盐酸的浓度越来越小，气泡越来越少，最后到肉眼看不到气泡产生。

（2）从定量角度分析，反应一开始溶液的pH增加较快，随着时间推移，反应越来越慢直到无气泡产生，但通过不同时间段的测试，发现溶液的pH仍然在不断地增加，只是增加的速度由快到慢，說明肉眼无法看到气泡，只能说明反应非常缓慢，难以觉察，但不能说“反应不持续进行”。

2.几点反思

（1）数字化实验技术方便、快捷、可视化并且具有持续性，对化学实验的研究更为高效。通过数字化实验得到的曲线、数字，让学生具有证据意识，能依据证据对物质的变化，通过分析推理得出反应的真伪，揭示实验的本质和规律。在探究过程中，由于研究不同反应持续时间长短不同，影响因素不同等，都会对实验的结果有所影响。科学探究具有持续性、严谨性，有时不能根据某一个特定的曲线和数据“匆忙”地做出判断。本实验涉及到的反应过程就需要用传感器测出不同时间段烧杯中溶液pH变化情况，这样的研究也有利于培养学生科学态度这一核心素养。

（2）数字化实验技术得到的曲线真实、有效，但不同实验者研究的角度不同、数字化实验用品不同、实验药品不同、实验环境不同等都会影响到实验结果。作为化学教师，实验数据和结论的获得，需要自己“亲力亲为”，自己走进实验室，结合文献进行再探究，决不能盲目地、简单地“拿来”。

参考文献

[l]张灵丽.数字传感仪在初中化学实验中的应用[J].中学化学教学参考，2017（7）：31-33