利用数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线

利用数字化系统绘制酸碱滴定曲线作者：魏建春来源：《新课程·下旬》2018年第04期学科：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。

酸碱中和滴定曲线图分析
酸碱中和是指一种涉及酸与碱之间反应的化学反应，反应后会形成一种新的盐类物质，并且产生相应的离子水合物，该反应是一种加成反应，可以直接把原来的酸或碱的原子或离子变成水的离子。

酸碱中和反应的滴定曲线是一种表示酸碱中和反应中溶液pH值随着反应的变化的曲线，能够直观地表示酸碱的反应情况，也能够更好地分析反应的最终结果。

酸碱中和滴定曲线图是由一组数据绘制出来的，其中包括了溶液中酸碱反应过程中PH值的变化情况，主要分为三个部分：滴定曲线中上升段、中间段和下降段。

滴定曲线的上升段指的是当溶液中的酸或碱慢慢加入时，pH值一直在上升，表明溶液中的酸或碱还没有发生反应。

滴定曲线中间段表明，随着酸或碱的加入，pH值达到最低点，表明酸碱发生了中和反应，反应的最终结果是pH值趋于7，表明溶液中的酸碱发生了中和反应，反应结束。

滴定曲线的下降段表明，随着酸或碱的继续加入，pH值开始下降，表明溶液中的酸碱发生了过量反应，反应的最终结果是pH值趋于小于7，表明溶液中的酸碱发生了过量反应，反应结束。

通过分析酸碱中和滴定曲线可以很清楚地看出，酸碱中和反应中的反应结果取决于酸碱的比例，如果酸碱的比例适当，
那么反应的最终结果就是pH值趋于7，表明溶液中的酸碱发生了中和反应，反应结束。

但是，如果酸碱的比例过大，那么反应的最终结果就是pH值趋于小于7，表明溶液中的酸碱发生了过量反应，反应结束。

以上就是关于酸碱中和滴定曲线图的分析，可以看出，酸碱中和滴定曲线图可以更加直观的表示酸碱中和反应中溶液pH值的变化情况，且可以更好地分析反应的最终结果，是一种非常有用的分析工具。

利用ｐＨ传感器研究中和反应过程中ｐＨ的突变摘要利用pH传感器的实时检测功能，并借助数据采集器和计算机直接生成数据曲线，便可以便捷、直观地反映中和反应过程中pH的变化，帮助学生认识“突变”的存在，加深理解酸碱中和滴定方法的原理。

pH变化曲线可用来研究弱酸、弱碱、多元弱酸盐等参与的反应，还可对其进行数学建模以及进行相关讨论。

关键词pH传感器pH变化曲线酸碱中和滴定1 问题的提出滴定分析法是化学分析法的基本内容之一，滴定分析简便、快捷、具有足够的准确度，在生产实践和科学实验中具有很大的实用价值。

酸碱中和滴定作为一种重要的滴定分析法，由于该方法所涉及原理、药品、操作都相对简单，使其成为中学阶段介绍的惟一的滴定分析法，同时也是中学化学为数不多的定量实验之一，具有重要的方法教育的作用。

pH的突变是酸碱中和滴定过程的重要特点，对于选择合适的酸碱指示剂以及该分析方法的准确性具有重要意义。

教材[1]中并不要求学生认识突变的存在，因此未展示滴定曲线，仅通过语言进行描述。

但学生并不易理解教材中讲述的“用盐酸滴定NaOH溶液时，从表面看，似乎没有变化，但实质上，在滴定过程中，溶液的pH发生了很大的变化”，更难理解为何指示剂的变色点不在pH＝7处，却可以用来指示反应的化学计量点。

因此教师在教学环节常常会引申介绍pH突变的存在，但这一内容的教学又会成为学生理解的一个难点。

供理科倾向学生使用的新课标《化学反应原理》选修教材[2]将“实验测定酸碱反应曲线”设计为实践活动，由学生亲自动手绘制酸碱中和反应曲线，进而深入的认识酸碱滴定法的原理。

通过实验的方法绘制酸碱中和反应曲线，同样也是《普通高中化学课程标准（实验）》[3]提出的新要求，在“化学反应原理”和“实验化学”2个模块中都得到体现。

绘制中和反应曲线的常规方法[4]是用pH计检测溶液的pH，记录消耗的酸或碱的体积和相应的pH，再描点作图得到，实验过程相对复杂。

我们如果利用传感技术实时采集、图形显示的突出特点，利用pH传感器监测在滴定过程中溶液pH的变化情况，并借助计算机以图像形式显示出来，直接可得到中和反应曲线，方便、快捷地展示滴定过程中pH的变化；另外，如果使用摄像头录制实验现象，并在计算机的同一个窗口中显示出来，便可以将pH的突变与指示剂变色的实验现象有机整合起来。

《应用pH传感器绘制酸碱中和滴定曲线》教学设计
三、问题探究【思考与交流】请同学们结合上述实验结果和所学知识，思考和解决这三个问题：
1.不同强弱的酸碱中和滴定曲线有何异同？
2.中和滴定实验中为什么可以利用指示剂变色作为滴定终点的判据？
3.滴定实验中如何选择指示剂？
给同学们5分钟的讨论时间，讨论结束后由同学进行总结。

【归纳总结】
1.均存在pH突变，但范围不同：盐酸和氢氧化钠反应的突变范围，从弱碱到弱酸；醋酸和氢氧化钠反应的则集中在弱碱范围，这是由于恰好完全反应时溶液呈碱性（由于醋酸根水解，醋酸钠显碱性）。

2.在指示剂变色点和反应终点时所消耗的氢氧化钠溶液体积相差非常小（一滴，甚至是半滴），这是在实验允许的误差范围内的。

所以，可以利用指示剂的变色作为滴定终点。

3.指示剂的变色范围应在pH突变范围内，且变色明显。

四、课堂小结【小结】这节课我们利用数字传感器来绘制滴定曲线，直观的认识pH突变范围的存在，进一步认识和理解酸碱中和滴定的方法；学习一种新的实验方法定量研究化学反应，希望可以将这种数字化传感技术应用于其他化学知识的学习。

【课外作业】酸碱中和反应中，溶液除有pH变化外，温度、导电能力也会发生变化。

请同学们设计实验，应用传感器绘制反应过程中电导率和温度的变化曲线，并找出其与滴定终点的关系。

实验装置图。

高中化学选修6《利用pH传感器绘制酸碱中和滴定曲线》教学设计【实验问题提出】中学阶段主要采用酸碱指示剂来确定滴定终点,但学生常因指示剂的选取不当或过早估计终点等问题而造成较大的实验误差。

在中学的教学中，处理这一章节的内容比较困难，是否有比指示剂更准确更方便的实验方法呢？【实验目标】（1）学习并初步掌握pH计的使用方法。

练习中和滴定的实验操作。

（2）深入了解中和反应的原理和过程，明确滴定终点选择的科学依据和实验事实。

（3）学习实验数据的图示处理方法，培养学生认真、严谨的科学态度。

【问题解决设想】由于酸碱中和滴定的全过程均是在溶液中进行的，溶液中pH 的变化随着滴定过程的进行而发生变化，因此，溶液的pH 可以表征溶液中离子( 如H + ) 的浓度。

在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子反应生成水使溶液的pH 发生变化。

因此，可通过滴定曲线上的突跃点来确定滴定终点。

本次研究主要采用手持技术仪器( 主要包括数据采集器与pH传感器) ，通过计算机处理数据，为学生深刻理解中和滴定提供了技术条件，让学生更好的理解中和滴定的实质是H++ OH－= H2O。

向酸( 或碱) 溶液中滴加碱( 或酸) 溶液，混合溶液pH 必然会发生变化。

使用pH 传感器检测混合溶液在滴定过程中pH 的变化情况，并借助计算机以图像形式显示出来，即可得到酸碱中和滴定曲线。

本实验操作简便、快捷、准确性高，因此广泛应用于工农业生产和科学研究中，具有很高的使用价值。

【预习指导】（1）pH计的正确使用与电极保养目前实验室使用的电极都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速率较快。

使用时，将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套取下，以保持电极内氯化钾溶液的液压差。

（2）pH计的校准尽管pH计种类很多，但其校准方法均采用两点校准法，即选择两种标准缓冲液，一种是pH=7的标准缓冲液，第二种是pH=9的标准缓冲液或pH=4的标准缓冲液。

酸碱中和反应的滴定曲线实验及教学总结酸碱中和反应是化学实验中常见的一类实验，通过滴定曲线的分析可以了解反应的进程和终点，为实验结果的准确性提供参考。

本文将介绍酸碱中和反应的滴定曲线实验以及实验的教学总结。

一、实验原理酸碱滴定实验是通过滴定管分次滴加酸碱溶液，并记录滴定过程中溶液的pH值的变化，然后绘制出滴定曲线。

实验中一般会使用酸碱指示剂来标记反应的终点，通常使用的指示剂有酚酞、溴酚蓝等，当溶液的pH值与指示剂的酸碱转折点相同时，颜色会发生明显的变化。

二、实验步骤1. 准备实验材料：酸、碱溶液；酸碱指示剂；滴定管等。

2. 将酸碱溶液倒入两个容量瓶中，分别作为滴定溶液和被滴定溶液。

3. 在滴定瓶中取一定量的被滴定溶液，并加入几滴指示剂。

4. 使用滴定管将滴定溶液缓慢滴加到被滴定溶液中，同时记录每次滴定的体积和相应的pH值。

5. 当溶液的颜色发生明显改变时，记下此时的滴定体积，并停止滴定。

6. 重复实验多次，取平均值并绘制出滴定曲线。

三、实验结果与分析根据实验步骤进行酸碱滴定实验后，得到一系列滴定点的数据，可以利用这些数据绘制出滴定曲线。

滴定曲线常常分为三个区域：初始区、过渡区和饱和区。

1. 初始区：开始时，被滴定溶液的pH值较高，滴定溶液逐渐加入后，pH值会缓慢下降，这一段曲线比较平缓。

2. 过渡区：当反应接近中和终点时，pH值的变化会变得更加明显，滴定溶液的加入会导致pH值的剧烈变化，曲线会急剧上升或下降。

3. 饱和区：当滴定末端临近时，pH值的变化会非常缓慢，曲线逐渐趋于平缓，直至接近中和终点。

通过分析滴定曲线，可以了解滴定的中和终点、等当点以及反应的速率等信息。

实验中使用的酸碱指示剂也起到了至关重要的作用，它可以在反应中起到标记终点的作用。

四、实验总结与教学经验酸碱中和反应的滴定曲线实验是化学教学中常见的实验内容，通过这个实验可以培养学生的实验操作技能和数据处理能力，同时也对他们的实验设计和结果分析提出了一定要求。

利用数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线作者：宗国平来源：《中学教学参考·理科版》2015年第09期[摘要]利用pH数字传感技术绘制酸碱中和滴定曲线，可感受滴定过程中的“突变”，体会强弱电解质滴定曲线的不同，并学会利用现代数字化技术进行探究。

[关键词]数字传感技术酸碱中和滴定曲线[中图分类号] G633.8 [文献标识码] A [文章编号] 16746058（2015）260101一、问题的提出背景中学化学新课程标准中，明确提出“要在配有图形计算器或掌上电脑（掌上实验室）和信息传感器的学校，推广在化学实验中使用图形计算器或掌上电脑（掌上实验室）和信息传感器，并应用于课堂教学中，特别是应用于研究性学习中”。

数字传感技术作为一种应用较为先进、实用性强、便于操作、集数据采集与分析于一体的实验系统，若能广泛应用于研究性实验，既体现新课改下教育思想与理念的转变，又符合学生学习的认知规律。

苏教版《化学反应原理》中的绘制酸碱中和滴定曲线，恰好可以利用这一技术，将滴定过程中pH的变化情况借助计算机以图像的形式显示出来，即直接绘制滴定曲线，体会pH“突变”范围，同时还可以进一步探索强弱电解质滴定中和曲线的不同。

二、实验仪器和试剂课堂设计：6个小组，分组实验。

实验器材：pH传感器、数据采集器、计算机、磁力搅拌器、滴定管等。

试剂：蒸馏水、0.1000mol/L盐酸、0.1000mol/L氢氧化钠溶液、0.1000mol/L醋酸、0.1000mol/L碳酸钠溶液。

三、课堂实录片断及反思片断一：传统绘制酸碱中和滴定曲线师：同学们，上节课我们学习了酸碱中和滴定的方法和实验，今天我们一起来学习酸碱中和滴定的曲线绘制方法。

请每个小组选取课本P75中的两个体积进行计算。

PPT：0.1000mol/L盐酸滴定0.1000mol/L氢氧化钠溶液20.00mL时的数据如下表所示。

小组展示：滴入5.00、10.00、19.95、20.05、22.00、30.00毫升盐酸时，pH的计算过程。