数字化传感器探究浓硫酸和氢氧化钠的吸水性

湖北省武汉市武珞路实验初级中学(430070) 袁 敏

湖北省武汉市武昌区教育局教研培训中心(430070) 董 舒

1 提出问题

1.1 教材分析

人教版九年级化学教材下册第10单元课题一“常见的酸和碱”中的实验以氢氧化钠暴露在空气中容易吸收水分，表面潮湿并逐渐溶解的现象，从而揭示了氢氧化钠的吸水性。但教师在演示实验时学生并未观察到明显的潮解现象，也未能清楚地感知其吸水效果；浓硫酸也是实验教学中经常用到的干燥剂，教材上未呈现实验，学生无法观察到它的吸水性。

1.2 学情分析

学生在学习了氧气及碳和碳的化合物的性质、用途之后，已经具备了一定的实验操作技能和科学探究能力。他们的求知欲强，参与化学实验的积极性高，为本节课的学习作了铺垫。但由于酸和碱的知识内容多、综合性强，学生无法主动获取浓硫酸和氢氧化钠具有吸水性的知识，也缺乏直观的感性认识，加上认知不够全面，导致学生只停留在被动的接受和应用层面。采用数字化传感器与传统实验结合的实验探究方式，把抽象的知识直观化、可视化，激发学生的学习兴趣，便于学生的理解。

基于此，我们立足初中化学教学实际，本着科学性和可行性原则，将数字化传感器与传统实验融合，设计探究浓硫酸和氢氧化钠的吸水性的实验。

2 实验目标及重难点

根据以上教材分析、学情分析以及新课标对学生化学核心素养的要求，设计了如下实验教学目标及教学重难点。

2.1 实验目标

2.1.1 知识与技能

让学生进一步认识浓硫酸和氢氧化钠固体的吸水性，并初步学会利用数字化传感器，设计具有明显现象的实验探究其吸水性。

2.1.2 过程与方法

通过实验探究活动，增强学生的感性认识，培养学生的理性思维，发展了学生“科学探究与创新意识”的化学核心素养。

2.1.3 情感、态度、价值观

通过数字化传感器与传统实验相结合的方法设计浓硫酸和氢氧化钠固体的吸水性的实验，激发学生的探究欲望，培养学生的实验创新能力和运用归纳、比较等方法获取信息并对信息进行加工的能力，养成勤于反思、勇于质疑的科学精神。

2.2 实验重难点

利用数字化传感器与传统实验相结合的方法，用明显的实验现象探究浓硫酸和氢氧化钠固体的吸水性。对实验数据进行分析、比较、归纳，得出相应的实验结论。

3 实验用品

朗威DISLab8.0数据采集器、相对湿度传感器、氧气传感器、广口瓶、锥形瓶、分液漏斗、多孔塞、乳胶管、气相发生收集器、浓硫酸、5%过氧化氢溶液、二氧化锰、氢氧化钠固体(事先在真空干燥箱里干燥处理)。

4 实验过程

4.1 利用数字化传感器测定盛有氢氧化钠固体的密闭容器中相对湿度变化

4.1.1 实验原理

相对湿度是指空气中水蒸气的气压在饱和水蒸汽气压中所占的百分比；当空气中水分达到饱和时，则相对湿度为100%；干燥空气的相对湿度为0%。密闭容器的空气中含有水蒸气，加入氢氧化钠固体后，氢氧化钠固体吸收水蒸气，密闭容器中相对湿度示数会降低。

4.1.2 实验操作步骤

(1)连接装置检查装置气密性，加入氢氧化钠固体，连接相对湿度传感器。

(2)观察数据，记录数据。

4.1.3 实验装置

利用数字化传感器测定盛有氢氧化钠固体的密闭容器中相对湿度变化实验装置图如图1所示。

图1 测定盛有氢氧化钠固体的密闭容器中相对湿度变化实验装置图

4.1.4 实验数据及结论

实验数据见表1，数据变化曲线见图2。

表1 氢氧化钠吸水性实验部分数据

图2 密闭容器中加入氢氧化钠固体后的相对湿度示数随时间变化曲线

通过分析实验数据可知密闭装置中相对湿度示数减少，说明装置内的水蒸气不断被吸收。最后相对湿度为零，此时装置内为干燥的空气，得出结论：氢氧化钠固体具有吸水性。

4.2 利用数字化传感器测量分解过氧化氢时在接入浓硫酸前后氧气浓度和相对湿度示数变化

4.2.1 实验原理

在二氧化锰催化过氧化氢分解制取氧气时，产生的氧气往往会含有少量的水蒸气，我们可以利用浓硫酸具有吸水性的原理，在收集氧气前对比接入浓硫酸前后，装置内相对湿度的变化情况。

4.2.2 实验操作步骤

(1)先连接仪器，再检查装置气密性，加入药品，连接相对湿度传感器和氧气传感器。

(2)观察数据，记录数据。

(3)连接装置，增加盛有浓硫酸的洗气瓶，检查装置气密性后，加入药品，连接相对湿度传感器和氧气传感器。

(4)观察数据，记录数据。

4.2.3 实验装置图

利用数字化传感器测量分解过氧化氢时在接入浓硫酸前后氧气浓度和相对湿度示数变化实验装置图如图3所示。

图3 过氧化氢分解时接入浓硫酸的实验装置图

4.2.4 实验数据及结论

实验数据见表2，数据变化曲线如图4。由接入浓硫酸前后氧气浓度和相对湿度示数变化可知：利用过氧化氢分解制氧气时，在接入浓硫酸之前，氧气浓度和相对湿度都在不断增加。但在接入浓硫酸之后氧气浓度不断增加，相对湿度却在不断减少。即装置内的水蒸气不断被浓硫酸吸收，说明浓硫酸具有吸水性。

表2 接入浓硫酸前、后部分实验数据

图4 接入浓硫酸后氧气浓度和相对湿度示数随时间的变化曲线

5 实验反思

数字化传感器精确、简便、快捷的特点，增强了化学教学的直观性，提高了实验教学的实效性，加快了化学实验教学改革。将数字化传感器与化学实验融合，巧妙利用信息技术的优势,弥补传统实验的短板,开拓实验的深度和广度，便于实现实验教学的信息化。