手持技術

實驗研究

手持技術在酸堿中和滴定終點判定中的應用

李新義，高建偉

（安徽省蚌埠二中，安徽蚌埠２３３０００）

摘要：利用溫度傳感器和電導率傳感器的實時檢測功能，并借助數據采集器和計算機直接繪制數據曲線，可以便捷、直觀地反

映中和反應過程中溫度和電導率的變化，并利用軟件技術找到酸堿中和滴定的終點。通過對滴定終點判定方法的探究，提高學生運用

化學基本原理和化學學科思想來思考和解決問題的能力。

關鍵詞：手持技術；溫度傳感器；電導率傳感器；酸堿中和滴定

文章編號：１００５—６６２９（２０１３）６—００４５—０３ 中圖分類號：Ｇ６３３．８ 文獻標識碼：Ｂ

酸堿中和滴定是中學化學教學的重點內容，而對

于酸堿中和滴定終點的判定方法，中學里僅是介紹了利

用指示劑指示終點，對于指示劑為什么可以指示終點的

原因，教師一般不做強調，而學生的理解也僅僅停留在

表層。由于酸堿中和反應的過程不僅伴隨著物質的變

化而且伴隨著能量的變化，所以，對于終點的確定方法

可以有很多種，隨著現代信息技術的日益發展，傳感器

技術就能很好地測定化學反應中的物質及能量的變化，

從而來確定酸堿中和滴定的終點。本文利用溫度傳感

器和電導率傳感器來探究和確定酸堿中和滴定的終點。

１ 用溫度傳感器確定酸堿中和滴定終點

１．１實驗原理

通過中和熱測定的實驗，我們已經知道，酸堿中和

反應伴隨著能量的變化，隨著中和反應的發生，溫度也

隨之變化，當溫度達到最高點，說明反應完全即達到了

反應的終點，因此可以利用溫度的變化來確定酸堿中

和滴定的終點。

隨著現代科技的發展，我們可以利用溫度傳感器

來準確地測定反應過程中的溫度變化，并利用通過數

據采集器和計算機繪制溫度變化曲線，再利用軟件確

定溫度最高點時的標準液的體積即可確定酸堿滴定的

終點。

１．２實驗儀器與試劑

計算機、威尼爾全功能數據采集器、威尼爾溫度

傳感器（型號ＴＭＰ－ＢＴＡ）、量熱計、威尼爾滴數傳感器

（型號ＶＤＣ—ＢＴＡ）、１．０ ｍｏｌ／Ｌ氫氧化鈉溶液和未知濃

度的鹽酸。

１．３實驗步驟

（１）用２５ ｍＬ移液管量取２５ ｍＬ未知濃度ＨＣ１

溶液注人量熱計中，并放入磁力攪拌子，用燒杯取１．０

ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液約５０ ｍＬ溶液于滴數傳感器的滴定管

化學教學 ２０１３年第６期

中，固定于鐵架臺上。

（２）打開電腦軟件，用濾紙將溫度傳感器擦干凈

后插入量熱計中。連接電源，采集ＨＣ１溶液的初始溫

度。

（３）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌。滴加已知濃度的

氫氧化鈉溶液，點擊采集按鈕，采集滴定過程中的氫氧

化鈉溶液的體積和中和反應溫度的變化。等到達到最

高溫度并圖形顯示溫度下降穩定后，再測約２０個點，

然后停止實驗＿１】。

２０

ｌ５

——

１０

贈

５

贈

酸一堿滴定

／／ ， —－

—

／

０ ｌ０ ２Ｏ ３０

體積（ｍＬ）

圖１ １．０ｍｏｌｌＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知濃度的鹽酸溫度變化曲線圖

酸一堿滴定

體積【ｍＬ）

圖２ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知濃度的鹽酸溫度變化統計圖

１．４實驗結果及討論

如圖１所示，隨著滴加入的ＮａＯＨ與ＨＣ１反應，溫

度開始上升，當達到最高點時，反應完全后溫度開始下

４５

降，通過運行軟件，選擇“數據分析”欄中的“統計”，

即得到“ ”曲線上溫度最高時氫氧化鈉的體積為

１７．９６ ｍＬ，并記錄（見圖２）。代人公式計算未知ｃ（ＨＣ１１

＝ｃ（ＮａＯＨ）Ｘ Ｖ（ＮａＯＨ溶液）／Ｖ（ＨＣ１溶液）＝１７．９６ ｍＬ Ｘ １０

Ｘ１．０ ｍｏｌ?Ｌ。。／２５ ｍＬＸ１０～＝０

．７２ ｍｏｌ?Ｌ～，即待測鹽酸的

濃度為０．７２ ｍｏｌ－Ｌ～。重復２－３次，并進行數據處理。

２用電導率傳感器確定酸堿中和滴定終點

２．１實驗原理

電導滴定法是通過測定溶液的電導，求出反應終

點的方法。當電極的大小和電極間距離一定時，電解質

的電導取定于溶液中離子的濃度和種類。如果溶液中離

子濃度和種類發生變化，則溶液的電導也隨之發生變

化Ｉ２】ｃ

當溶液中酸堿中和反應時，由于生成了弱電解質水

和溶液中離子種類發生了變化，溶液中電導率將會發生

變化，利用電導滴定過程中電導變化曲線上的轉折點可

以確定反應的終點 】。

２．２實驗儀器與試劑

計算機、威尼爾全功能數據采集器、威尼爾電導

率傳感器（型號ＣＯＮ—ＢＴＡ）、燒杯、威尼爾滴數傳感

器（型號ＶＤＣ—ＢＴＡ）、１．０ ｍｏｌ／Ｌ氫氧化鈉溶液和未知

濃度的鹽酸。

２．３實驗步驟

（１）用２５ ｍＬ移液管量取２５ ｍＬ未知濃度ＨＣ１

溶液注入１５０ ｍＬ的燒杯中，并放人磁力攪拌子，用燒

杯取１．０ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液約５０ ｍＬ溶液于滴數傳感器

的滴定管中，固定于鐵架臺上。

（２）打開電腦軟件，用蒸餾水將電導率傳感器清

洗干凈后插入燒杯中。連接電源，采集ＨＣ１溶液的初始

溫度。

（３）開啟磁力攪拌器，緩慢攪拌。滴加已知濃度的

氫氧化鈉溶液，點擊采集按鈕，采集滴定過程中的氫氧

化鈉溶液的體積和中和反應過程中電導率的變化。等

到圖形顯示電導率下降，一會兒電導率上升并維持一

段時間，然后停止采集和實驗。

電導率滴定

４６

圖３ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知濃度的鹽酸電導率變化曲線圖

電導率滴定

圖４ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶ｊ硬涌定２５ｍＬ的

未知濃度的鹽酸電導率變化統計圖

２．４實驗結果及討論

如圖３所示，當ＮａＯＨ滴人鹽酸時，開始體積變化

不大，電導下降不明顯，如圖ＡＢ段；當隨著ＮａＯＨ溶

液滴人量增加時，ＮａＯＨ和ＨＣ１反應，生成同樣為強電

解質的ＮａＣ１，但由于氯離子的摩爾電導率要比氫離子

的小，同時溶液體積不斷增大，因此溶液電導率開始明

顯下降，如圖ＢＣ段；當ＮａＯＨ被中和完全后，電導率下

降到最低值，當ＨＣ１與ＮａＯＨ反應完全后，此時繼續

滴加ＮａＯＨ溶液，溶液中氫氧根離子濃度增大，且由于

氫氧根離子摩爾電導率較大，因此溶液電導率上升幅

度較大，在圖中表現為ＣＤ段。

然后，通過運行軟件，選擇“數據分析”欄中的“統

計”，即得到“體積一電導率”曲線上電導率最低時氫氧

化鈉溶液的體積，并記錄（見圖４）。

代入公式計算未知ｃ（ＨＣ１）＝ｃ（ＮａＯＨ）ＸＶ（ＮａＯＨ溶

液）／Ｖ（ＨＣ！溶液）＝１７．３９ ｍＬ×１０～Ｘ １．０ ｔｏｏｌ?Ｌ ／２５ ｍＬＸ

ｌ０～：０．７０ ｍｏｌ?Ｌ～，即待測鹽酸的濃度為０．７０ ｍｏｌ?Ｌ～。

重復２－３次，并進行數據處理。

３實驗結論

通過溫度傳感器和電導率傳感器測定酸堿中和反

應中的離子濃度的變化和溫度的變化來確定中和滴定

終點的方法是可行的。通過實驗也可以知道：中和滴定

終點的判定可以有多種方法，如ｐＨ、反應熱、電導率等，

我們要從反應的本質及過程中發生的現象來發現問題

并解決實際問題。通過探索過程使學生體會到解決問

題有很多方法，拓展其思考問題的思路，遇到問題時

學會用化學基本原理和化學學科思想來思考和解決問

題。

４反思與啟示

通常認為中和滴定終點確定的最常用方法是用ｐＨ

傳感器，但是我們認為ｐＨ傳感器確定終點比較適合強

酸與強堿的滴定終點的判定，而不適宜應用強堿（或強

酸）滴定弱酸（或弱堿），因為強堿（或強酸）與弱酸（或

弱堿）反應計量點的ｐＨ并不等于７。而利用溫度傳感

器和電導率傳感器，并借助數據采集器和計算機直接

化學教學 ２０１３年第６期

實驗研究

鐵片鍍鋅層厚度測定實驗的改進

陳 浩

（上海市西南位育中學，上海２００２３３）

摘要：在高三化學教材ｅｅ￣，Ｊ定鍍鋅鐵片鍍層厚度的實驗中，是通過觀察氣泡變化來判斷鋅層是否反應完全的。本文對該實驗進

行了改進，利用鍍鋅鐵片、鐵片和鹽酸構成原電池，通過觀察電流變化來判斷鍍鋅鐵片的鍍層是否完全反應，從而使判斷更加準確，

使該定量實驗的精度顯著提高。

關鍵詞：鐵片鍍鋅層；厚度測定；定量實驗；重量法；原電池法

文章編號：１００５—６６２９（２０１３）６—００４７—０２ 中圖分類號：Ｇ６３３．８ 文獻標識碼：Ｂ

１ 教材實驗的不足

“鍍鋅鐵片鋅鍍層厚度的測定”是上海科學出版

社高級中學化學拓展型課程課本（試用本）中第９章第

４節定量實驗中的一個學生實驗 ］。這個實驗是用重

量法分析的一個定量實驗，實驗的關鍵之一在于判斷

鋅層是否恰好完全反應。教材利用在同濃度鹽酸中，鋅

反應速率比鐵反應速率快的原理，通過觀察氣泡速率

突然減慢的方法判斷鋅層恰好完全反應。在實際操作

過程中，鍍鋅鐵片在６ ｍｏｌ／Ｌ鹽酸中反應時，產生氣泡

較多，往往使溶液不透明，觀察氣泡速率變化較困難，

而且觀察氣泡速率變化，不可避免地帶有較大的主觀

性，誤差較大。

２思考與探索

筆者最初嘗試使用ｐＨ傳感器，想通過測定鹽酸

中氫離子變化速率的方法來找到恰好完全反應的點口】。

但由于氫氣泡的干擾和鹽酸濃度變化很小等原因，傳

感器也很難準確找到這個點。但是傳感器的工作原理

給了筆者靈感。傳感器將要測定的物理量轉化為電信

號，通過處理電信號的變化來測得物理量的大小ｐ 。該

實驗中，如果能用電信號來幫助判斷是否恰好反應就可

以達到準確測定目的了。所以筆者想到若將鍍鋅鐵片和

鹽酸設計成一個原電池，就會產生電流，就可通過電流

強弱來判斷鋅層是否恰好完全反應。

在設計原電池時，還需要另一個電極，Ｅ－Ｃ＂電極的

選擇會影響到下一步可否通過電流強弱來判斷鋅層是

否恰好完全反應，所以并不是隨便選擇一個金屬就可

以的。例如若用銅做電極，開始時為銅鋅原電池，隨著

反應進行電流減小。當鋅層反應完全后，銅、鐵和鹽酸

仍然可以形成原電池，仍然有電流，這就無法判斷鋅是

否完全反應。因此，筆者選擇用鐵片作為另一個電極，

這樣當鋅層反應完全后，兩個電極都是鐵片，無法形成

原電池，就沒有電流，即當電流恰好變為零的時候，鋅

恰好完全反應。

３實驗改進

３．１實驗原理

鐵片、鍍鋅鐵片和鹽酸形成原電池產生電流并用

繪制數據曲線，并利用軟件技術能夠找到酸堿中和滴

定溫度最高值和電導率最小值所對應的酸或堿的體積，

從而確定滴定的終點。因此，利用傳感器來測定反應熱

和電導率來確定終點的方法不僅適用于強酸和強堿之

間，還可以應用于其他類型的酸堿中和滴定終點的判

斷。

利用傳感器技術判定酸堿中和滴定的終點，不僅

可以減少指示劑種類和濃度的誤差，而且避免 人為因

素的干擾，彌補了中學教材準確測定滴定終點方法的空

缺 。通過傳感器技術在中學化學傳統實驗中的應用，

有效地把中學傳統的實驗與現代信息技術整合起來，

這樣做不僅能增強學生的化學學習興趣，還有助于提

化學教學 ２０１３年第６期

高學生的科學素養。同時，通過現代信息技術的使用使

我們科學實驗探究的手段和方法被充分拓展，這對中

學化學的實驗教學研究很有益處。

參考文獻：

…白濤等編著化學：為什么是這樣？【Ｍ】．北京：化學工業出版社，

２０１１：２２￣２３．

［２］錢揚義手持技術在理科實驗中的應用【Ｍ】北京：高等教育出

版社，２００３：２２８，２３３．

［３】李霞，黃菲菲，錢揚義．運用手持技術探究酸堿中和滴定過程

中電導率的變化Ｌ刀．化學教育，２０１１，（６）：５５￣５７．

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化學教與學，２０１２，（２）：７８￣８０．