數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在探究氫氧化鈉性質(zhì)中的應(yīng)用 論文

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在探究氫氧化鈉性質(zhì)中摘要：隨著教育信息化步伐的邁進(jìn)，數(shù)字化DIS實(shí)驗(yàn)）已悄然進(jìn)入中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)分析近幾年全國(guó)高考試題，不”已成為高考必考題型。高考對(duì)中因而數(shù)字化實(shí)驗(yàn)題也就成為近幾年全國(guó)各地中考考查的新趨勢(shì)。初中化研究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用，已成為初中化學(xué)教師教育信息化的基本要求。關(guān)鍵詞：初中化學(xué)，氫氧化鈉，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，應(yīng)用引言：數(shù)字化實(shí)驗(yàn)直觀、方便、高效，它主要是利用溫pH傳感器O2濃度傳感器CO濃度傳感器等進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以坐標(biāo)曲線圖現(xiàn)象可視化。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，有利于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)確的提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力和培養(yǎng)學(xué)生研究性學(xué)習(xí)的精神。初中化學(xué)教師要將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，以推動(dòng)初中化學(xué)教學(xué)的轉(zhuǎn)變與革新。傳統(tǒng)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師只能引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，再啟發(fā)學(xué)生根據(jù)看到的現(xiàn)象去分析，從而得出結(jié)論。但是由于缺乏過(guò)程的呈現(xiàn)和精確的數(shù)據(jù)做支撐，對(duì)學(xué)生探究思維的培養(yǎng)不夠嚴(yán)謹(jǐn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可以通過(guò)信息技術(shù)手段解決傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)無(wú)法解決的問(wèn)題，既可以將實(shí)驗(yàn)過(guò)程完整地呈現(xiàn)給學(xué)生，還可以實(shí)現(xiàn)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中許多定量的氫氧化鈉是一種重要的化學(xué)物質(zhì)，是初中化學(xué)知識(shí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，在全國(guó)各地的化學(xué)中考試題中更是層出不窮。下面以探究氫氧化鈉性質(zhì)的專(zhuān)題學(xué)習(xí)為例，淺析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用。一、利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉溶于水九年級(jí)化學(xué)教材中，探究“溶解時(shí)的吸熱或放熱現(xiàn)象”給出的方案是，用溫度計(jì)測(cè)量NaCl、NHNO和NaOH三種固體在一定量的水中溶解前后的溫度，傳統(tǒng)教學(xué)中，教師一般通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生定性的認(rèn)識(shí)到物質(zhì)溶解過(guò)程中溶液溫度的變化，但是學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中溫度變化的趨勢(shì)以及溫度升降的具體原因卻并未給予具體的分析。這樣既不利于學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，也不利于初中化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的提高。利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究NaCl、NHNO和NaOH三種固體溶于水時(shí)的能量變化，教師只要將溫度傳感器分別置于盛有等量水的燒杯中，隨著NaCl、NHNO和NaOH三種固體分別加入，計(jì)算機(jī)屏幕上將同時(shí)出現(xiàn)三條變化趨勢(shì)不同的實(shí)驗(yàn)曲線，并且在表格中實(shí)時(shí)顯示出溫度的具體數(shù)據(jù)。教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)觀察圖像，進(jìn)行合理的定量分析，得出這三種物質(zhì)溶解過(guò)程中吸熱或放熱引起的溫度變化趨勢(shì)，快速得出物質(zhì)在溶解時(shí)熱量變化的規(guī)律。同時(shí)還可以進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和數(shù)據(jù)分析能力。教師可以減少過(guò)利用節(jié)約出來(lái)的時(shí)間，結(jié)合具體的試題幫助學(xué)生強(qiáng)化理解并及時(shí)鞏固，從而提高課堂教學(xué)的有效性。二、利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉與二氧九年級(jí)化學(xué)教材中，有關(guān)“氫氧化鈉化學(xué)性質(zhì)”的探究過(guò)于簡(jiǎn)化，特別是“氫氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)”，幾乎是直接拋出結(jié)論的灌輸式學(xué)習(xí)，忽視了學(xué)生的主體作用。學(xué)生對(duì)氫氧化鈉與二氧化碳是否真的能夠發(fā)生化學(xué)反應(yīng)往往會(huì)產(chǎn)生懷疑。鑒于此，教師可借助溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器、CO濃度傳感器以及pH傳感器，讓學(xué)生能看到CO與氫氧化鈉溶液反應(yīng)過(guò)程中各種物理量的變化過(guò)程，使原本無(wú)明顯現(xiàn)象產(chǎn)生的化學(xué)反應(yīng)的現(xiàn)象能夠數(shù)據(jù)化、可視化。1.探究反應(yīng)過(guò)程中溫度、壓強(qiáng)以及二氧化碳含量的變化演示實(shí)驗(yàn)：取裝有二氧化碳?xì)怏w的A、B兩個(gè)四口圓底燒瓶，每個(gè)四口燒瓶均連接溫度傳感器、壓強(qiáng)傳感器和CO濃度傳感器，向A和B兩個(gè)四口瓶中分別注入相等體積的水和氫氧化鈉溶液，利用傳感器精準(zhǔn)測(cè)量溫CO含量的變化，觀察現(xiàn)現(xiàn)象（如圖1、2、3）：B中（二氧化碳?xì)怏w中注入氫氧化鈉溶液）對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線（圖中黒色曲線）顯示，反應(yīng)結(jié)束后四口瓶中：溫度曲線明顯上升，壓強(qiáng)和CO的含量曲線明顯下降；A中（二氧化碳?xì)怏w中注入水）對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)曲線（圖中紅色曲線）顯溫度、壓強(qiáng)和CO的含量均變化不大。對(duì)比分析圖中曲線的變化，便可得出結(jié)論：二氧化碳和氫氧化鈉溶液的確能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，而且該反應(yīng)是放熱反應(yīng)。2.探究反應(yīng)過(guò)程中溶液酸堿度（pH值）的變化學(xué)生實(shí)驗(yàn)：將電腦、數(shù)據(jù)采集器和pH傳感器用導(dǎo)線相連，打開(kāi)軟件；用小燒杯取10m氫氧化鈉溶液，并滴加兩滴無(wú)色酚酞試液，將pH傳感器放入其中，開(kāi)始實(shí)驗(yàn)；同時(shí)制取CO氣體，并將生成的二氧化碳?xì)怏w導(dǎo)入氫氧化鈉溶液中，觀察現(xiàn)象?，F(xiàn)象（如圖4）：滴加無(wú)色酚酞溶液變紅，向氫氧化鈉溶液中通入二氧化碳的過(guò)程中溶液的紅色無(wú)明顯變化，但酸堿度pH值）的曲線隨反應(yīng)的進(jìn)行逐漸下降，但始終大7。從曲線的起點(diǎn)、終點(diǎn)以及變化趨勢(shì)分析，不難得出：二氧化碳與氫氧化鈉溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，隨著反應(yīng)物中氫氧化鈉逐漸被消耗，所以溶液的pH值逐漸減小，但始終大于7，同時(shí)也說(shuō)明反應(yīng)生成的碳酸鈉溶液也呈堿性。三、利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究氫氧化鈉與稀九年級(jí)化學(xué)教材中，在探究“酸和堿的中和反應(yīng)”時(shí)，教材中給出的方案是：在氫氧化鈉溶液中滴入幾滴酚酞溶液，借助指示劑的變色，判斷出能使酚酞變紅色的氫氧化鈉，隨著鹽酸的不斷滴入，逐漸被消耗完，從而證明氫氧化鈉與稀鹽酸發(fā)生了為了讓學(xué)生更加深入地探究中和反應(yīng)，更清晰地DIS技術(shù)，利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)對(duì)教材中的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中的pH傳感器和溫度傳感器應(yīng)用于更深層次的探究“酸和堿的中和反應(yīng)”，學(xué)生從簡(jiǎn)單的顏色感知，過(guò)渡到具體的數(shù)據(jù)曲線，不僅知道了氫氧化鈉與稀鹽酸能發(fā)生反應(yīng)，還清楚地認(rèn)識(shí)了酸和堿的中和反應(yīng)；更在數(shù)據(jù)收集、分析以及解決問(wèn)題等能力方面得到了鍛煉和提升，是初中學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)上一次質(zhì)的飛躍。1.稀鹽酸滴入氫氧化鈉溶液中，溶液酸堿度的變化（如圖6）分析：原溶液（氫氧化鈉溶液）的pH值大于7，隨著稀鹽酸的逐滴滴入，溶液的pH值逐漸減小，直至稀鹽酸過(guò)量，最終pH值小于7；當(dāng)pH值等于7時(shí)，稀鹽酸與氫氧化鈉恰好完全反應(yīng)，溶液呈中性，稀鹽酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生了中和反應(yīng)。2.氫氧化鈉溶液滴入稀鹽酸中，溶液酸堿度的變化（如圖7）分析：原溶液（稀鹽酸）的pH值小于7，隨著氫氧化鈉溶液的逐滴滴pH值逐漸增大，直至氫氧化鈉溶液過(guò)量，最終pH值大于7；當(dāng)pH值等于7時(shí)，氫氧化鈉與稀鹽酸恰好完全反應(yīng)，溶液呈中性，稀鹽酸和氫氧化鈉溶液發(fā)生了中和反應(yīng)。分析：鹽酸和氫氧化鈉發(fā)生中和反應(yīng)過(guò)程中，比較酸堿度和溫度變化的曲線（如圖8），pH值等于7時(shí)，溫度最高，可知，酸堿中和反應(yīng)是放熱反應(yīng)，當(dāng)pH等于7時(shí)，反應(yīng)結(jié)束，溫度達(dá)到最高值，隨后再滴入溶液，溫度逐漸降低。在初中化學(xué)教學(xué)中，應(yīng)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)來(lái)探究氫氧化鈉的性質(zhì)，輕松達(dá)成課堂“教”與“學(xué)”的三維目標(biāo)，也為學(xué)生構(gòu)建起解決數(shù)字化實(shí)驗(yàn)題的基本思路：①直接讀出坐標(biāo)中的兩個(gè)變量（橫、縱坐標(biāo)）之間的變化關(guān)系（關(guān)注起點(diǎn)、終點(diǎn)及變化趨勢(shì)）；②對(duì)多個(gè)變化曲線，要對(duì)比它們之間的關(guān)系；③結(jié)合化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，形成對(duì)變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)。切實(shí)培養(yǎng)了學(xué)生的定量分析能力和科學(xué)探究的精神。結(jié)束語(yǔ)初中化學(xué)教師要緊跟教育信息化的步伐，竭力將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中更好地應(yīng)用和推廣。培養(yǎng)學(xué)生通過(guò)“現(xiàn)象—實(shí)驗(yàn)—數(shù)據(jù)—分析—結(jié)論”的方式進(jìn)行探究式學(xué)習(xí)，為了學(xué)生的發(fā)展，數(shù)字化實(shí)驗(yàn)在初中化學(xué)