食醋中的總酸量的測(cè)定

化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)六食醋中總酸量的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.初步學(xué)會(huì)用傳感器技術(shù)測(cè)定食醋中的總酸量；2.學(xué)會(huì)組織中學(xué)生用傳感器技術(shù)測(cè)定食醋中的總酸量的教學(xué)過程。二、實(shí)驗(yàn)原理食醋中的主要成分是醋酸，此外還含有少量的乳酸等有機(jī)酸，醋酸是弱酸，用傳統(tǒng)的pH試紙或酸度計(jì)測(cè)定食醋中的總酸量，總是要比實(shí)際濃度低，誤差很大。本實(shí)驗(yàn)將使用傳感器技術(shù)來測(cè)定食醋中的總酸量，該方法不怕待測(cè)物中的顏色干擾，測(cè)定既快又不用加指示劑。傳感器簡(jiǎn)介：傳感器是一系列根據(jù)一定的物理化學(xué)原理制成的物理化學(xué)量的感應(yīng)器具，它能把外界環(huán)境中的某個(gè)物理化學(xué)量的變化以電信號(hào)的方式輸出，再經(jīng)數(shù)據(jù)模擬裝置轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)或圖表的形式在數(shù)據(jù)采集器上顯示并儲(chǔ)存起來。中學(xué)化學(xué)教學(xué)中進(jìn)行科學(xué)探究常用到的傳感器有溫度傳感器、pH傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器、光傳感器、壓力傳感器、色度傳感器等。傳感器技術(shù)的特點(diǎn)：便攜，實(shí)時(shí)，準(zhǔn)確，綜合，直觀。pH傳感器是用來檢測(cè)被測(cè)物中氫離子濃度并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的可用輸出信號(hào)的傳感器，通常由化學(xué)部分和信號(hào)傳輸部分構(gòu)成。pH傳感器利用能斯特（NERNST）原理。待測(cè)的食醋中醋酸及其他有機(jī)酸可換算為醋酸總量，都可以被標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)堿NaOH溶液滴定：C待測(cè)V待測(cè)=C標(biāo)準(zhǔn)V標(biāo)準(zhǔn)。用化學(xué)方程式表示為：CH3COOH+NaOH=CH3COONa+H2O當(dāng)溶液中的電解質(zhì)含量恒定時(shí)，電導(dǎo)率亦恒定，當(dāng)生成難電離物質(zhì)時(shí)，電導(dǎo)率下降，pH傳感器就是把電信號(hào)轉(zhuǎn)化為化學(xué)信息來測(cè)定其中的總酸度的。三、主要儀器與藥品實(shí)驗(yàn)儀器：pH傳感器，數(shù)據(jù)采集器，自動(dòng)計(jì)數(shù)器，50mL酸式滴定管，電磁攪拌器，鐵架臺(tái)，250mL燒杯，量筒；實(shí)驗(yàn)藥品：有色食醋原液，經(jīng)標(biāo)定的0.1mol/LNaOH溶液，去CO2的蒸餾水。四、實(shí)驗(yàn)操作過程1.設(shè)備連接=1\*GB2⑴采集器與傳感器，使用1394線（傳感器連接線）連接：2號(hào)接口連接光電門傳感器，3號(hào)接口連接pH傳感器。=2\*GB2⑵光電門傳感器紅色線（或有紅色標(biāo)記的）一端連接液滴計(jì)數(shù)器，黑色線（無標(biāo)記的）接一光電門，調(diào)節(jié)光電門傳感器為計(jì)數(shù)模式（第1個(gè)和第3個(gè)燈同時(shí)亮）。=3\*GB2⑶采集器與12V外接電源連接（不帶屏幕采集器，此步驟可不操作）。2.設(shè)備操作=1\*GB2⑴開啟采集器。=2\*GB2⑵傳感器標(biāo)定在采集器3號(hào)傳感器接口上連接好pH傳感器（注意：此時(shí)需斷開光電門傳感器與數(shù)據(jù)采集器的連接），開機(jī)后，點(diǎn)擊右下角“系統(tǒng)設(shè)置”，選擇系統(tǒng)設(shè)定里的“探頭標(biāo)定”選項(xiàng)，并點(diǎn)擊“探頭校準(zhǔn)工具”按鈕，點(diǎn)擊“建立連接”按鈕（點(diǎn)擊后變灰色，顯示連接成功，即可開始標(biāo)定）。標(biāo)定的操作步驟：=1\*GB3①拔開電極上部的橡膠塞，使小孔露出。否則在進(jìn)行校正時(shí)，會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，導(dǎo)致溶液不能正常進(jìn)行離子交換，使測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。=2\*GB3②將電極取出，用濾紙把電極上殘留的保護(hù)液吸干。將電極放進(jìn)pH=4.00(鄰苯二甲酸氫鉀)的緩沖液中，點(diǎn)擊采集器上pH=4下的“開始標(biāo)定”按鈕，5～10秒后，點(diǎn)擊“結(jié)束標(biāo)定”。=3\*GB3③將電極放在盛有蒸餾水的燒杯內(nèi)，清洗后把電極從盛蒸餾水的燒杯內(nèi)拿出來，用濾紙把電極上殘留的蒸餾水吸干。稍后將電極放進(jìn)pH=9.18（四硼酸鈉)的緩沖液中，點(diǎn)擊采集器上pH=9下的“開始標(biāo)定”按鈕，5～10秒后，點(diǎn)擊“結(jié)束標(biāo)定”。最后點(diǎn)擊一次“寫標(biāo)定值”。=4\*GB3④驗(yàn)證標(biāo)定：標(biāo)定完成，進(jìn)入傳感器測(cè)量界面，將探頭放入pH=6.86（混合磷酸鹽）的溶液中，檢測(cè)標(biāo)定是否成功。讀數(shù)穩(wěn)定后觀察讀數(shù)在6.70～7.00之間即可認(rèn)為標(biāo)定比較準(zhǔn)確，否則應(yīng)重新標(biāo)定。=3\*GB2⑶滴定準(zhǔn)備及滴定操作步驟=1\*GB3①退出到開機(jī)界面，點(diǎn)擊“通用”，進(jìn)入通用實(shí)驗(yàn)界面，點(diǎn)擊左上角“打開模版”，依如下路徑選擇實(shí)驗(yàn)：打開模版—SDMEM—實(shí)驗(yàn)?zāi)０妗瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)—酸堿中和滴定—酸堿中和滴定（xmlp文件），進(jìn)入滴定實(shí)驗(yàn)界面。=2\*GB3②檢查傳感器是否正常連接：當(dāng)傳感器正常連接時(shí)，對(duì)應(yīng)的傳感器接口指示燈常亮。當(dāng)點(diǎn)擊開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，傳感器接口指示燈為閃爍狀態(tài)，通過此指示燈可判斷傳感器是否正常工作。=3\*GB3③長(zhǎng)按光電門傳感器上按鈕，3個(gè)燈同時(shí)亮?xí)r放開清零數(shù)據(jù)。=4\*GB3④在鹽酸一欄中輸入燒杯中NaOH溶液的濃度，在待測(cè)液體積一欄中輸入燒杯中NaOH溶液的體積。=5\*GB3⑤點(diǎn)擊“開始/停止”按鈕，開始實(shí)驗(yàn)。打開磁力攪拌器（最好在實(shí)驗(yàn)開始前調(diào)好位置或打開，不要讓磁子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)碰到傳感器電極），然后轉(zhuǎn)動(dòng)酸式滴定管旋鈕，讓滴定管中溶液以不連續(xù)狀態(tài)滴入燒杯中。=6\*GB3⑥當(dāng)整個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，點(diǎn)擊“開始/停止”按鈕，停止實(shí)驗(yàn)。點(diǎn)擊“刷新數(shù)據(jù)”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)界面可看到整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中所有實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最后點(diǎn)擊“保存/轉(zhuǎn)發(fā)”按鈕，保存實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)到采集器SD卡根目錄下。通過計(jì)算機(jī)端“單機(jī)運(yùn)行平臺(tái)”軟件可在電腦端打開此數(shù)據(jù)，求導(dǎo)值的最低點(diǎn)橫座標(biāo)即為滴定終點(diǎn)的體積，輸入該滴定終點(diǎn)體積（之前已輸入燒杯中溶液體積和濃度），點(diǎn)擊軟件上“重新計(jì)算”按鈕，可計(jì)算出待測(cè)溶液濃度。五、注意事項(xiàng)1.pH電極使用一段時(shí)間后，不對(duì)稱電位將會(huì)發(fā)生很大改變，故必須定期校準(zhǔn)。用pH緩沖溶液標(biāo)定是為了消除不對(duì)稱電位的影響。2.在進(jìn)行標(biāo)定pH電極時(shí)，應(yīng)斷開光電門傳感器與數(shù)據(jù)采集器的連接。3.數(shù)據(jù)采集器關(guān)機(jī)或重啟后，pH傳感器須重新標(biāo)定。4.光電門應(yīng)放在空處，不被任何物體擋光。5.滴定前長(zhǎng)按光電門傳感器上按鈕清零數(shù)據(jù)，清零數(shù)據(jù)時(shí)不要更改模式。6.滴定時(shí)，酸式滴定管的尖嘴與計(jì)數(shù)器擋光孔必須垂直對(duì)齊。7.滴定開始后注意“滴定體積”一欄中有無體積變化，同時(shí)在“pH”一欄會(huì)開始顯示pH值。如溶液已開始滴入燒杯，而“滴定體積”一欄無數(shù)據(jù)，則說明液滴通過計(jì)數(shù)器時(shí)未引起變化，需要調(diào)節(jié)裝置，讓液滴通過計(jì)數(shù)器擋光孔，并更換溶液清除數(shù)據(jù)重新開始實(shí)驗(yàn)。如果“pH”一欄數(shù)據(jù)不變或?yàn)榉菙?shù)字時(shí)，說明傳感器標(biāo)定不正確，需要重新標(biāo)定，再開始實(shí)驗(yàn)。8.滴定速度的控制：在接近終點(diǎn)時(shí)，要注意放慢速度，以便觀察到終點(diǎn)。9.酸堿的濃度差別不要太大，否則，實(shí)驗(yàn)將較難控制，結(jié)果誤差較大。六、數(shù)據(jù)處理1.關(guān)鍵點(diǎn)數(shù)據(jù)記錄：pH值消耗食醋的體積/mLpH起始=12.7640.16pH的突躍范圍：7.431～6.952.28pH終止=4.8694.8△pH=pH起始－pH終止=7.895V總=4.82.pH值隨加入的食醋的體積的變化曲線，如圖所示：pH-體積圖3.食醋中總酸量的計(jì)算對(duì)pH-體積圖中的最低點(diǎn)進(jìn)行求導(dǎo)，得到到該點(diǎn)時(shí)消耗的食醋的體積約為2.28mL。已知NaOH溶液的濃度為0.1mol/L，NaOH溶液的體積為40mL。由C待測(cè)V待測(cè)=C標(biāo)準(zhǔn)V標(biāo)準(zhǔn)C待測(cè)=(C標(biāo)準(zhǔn)V標(biāo)準(zhǔn))/V待測(cè)所以C待測(cè)=（0.1mol/L×0.04L）/0.00228L=1.75mol/L換算后，得：待測(cè)食醋中的醋酸含量為10.5g/100mL。4.實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)計(jì)算所得的結(jié)果來看我們小組測(cè)得的食醋中的醋酸含量10.5g/100mL略偏大，偏大的原因可能是：=1\*GB3①酸式滴定管的尖嘴與計(jì)數(shù)器擋光孔沒有垂直對(duì)齊，導(dǎo)致記錄的食醋的體積偏小;=2\*GB3②用酸式滴定管滴食醋時(shí)滴加速度太快。七、文獻(xiàn)綜述1.關(guān)于“食醋中總酸含量的測(cè)定”學(xué)案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)的設(shè)計(jì)思想：食醋中總酸含量的測(cè)定是高中《實(shí)驗(yàn)化學(xué)》(蘇教版)關(guān)于“物質(zhì)的定量分析”專題研究的開始，將學(xué)生帶入定量研究學(xué)習(xí)狀態(tài)尤為重要。為此，該學(xué)案的設(shè)計(jì)思想是利用學(xué)案導(dǎo)學(xué)誘思，促進(jìn)學(xué)生積極主動(dòng)地投身于定量實(shí)驗(yàn)探究的活動(dòng)。[1]2.為了避免常規(guī)指示劑法對(duì)觀察滴定終點(diǎn)的影響，采用連續(xù)電位滴定法，通過控制食醋樣品的pH值來連續(xù)測(cè)定食醋中的總酸量，獲得了比較滿意的結(jié)果[7]。八、參考文獻(xiàn)[1]王先鋒.“食醋中總酸含量的測(cè)定”學(xué)案設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)[J].化學(xué)教學(xué),2012(02)[2]鄭長(zhǎng)龍主編.化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與教學(xué)論[M].北京：高等教育出版社，2009[3]肖常磊，錢揚(yáng)義主編.中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)論[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008[4]錢揚(yáng)義編著.手持技術(shù)在立刻試驗(yàn)中的應(yīng)用研究[M].北京：高等教育出版社，2003[5]錢揚(yáng)義.手持技術(shù)在研究性學(xué)習(xí)中的應(yīng)用及其心理學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：科學(xué)出版社，龍門書局，2006[6]白濤等編著.化學(xué)為什么是這樣基于手持技術(shù)的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探索[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011[7]黃誠(chéng)，尹紅，周金森.食醋中總酸、總酯含量的連續(xù)測(cè)定[J].食品與發(fā)酵工業(yè)，2001（12）九、實(shí)驗(yàn)反思本次實(shí)驗(yàn)是利用傳感器技術(shù)測(cè)定食醋中的總酸量。對(duì)于傳感器技術(shù)，我認(rèn)為自己還不熟悉，還有很多困惑，比如傳感器的工作原理，為什么可以使用傳感器技術(shù)來測(cè)定食醋中的總酸量以及除了測(cè)定食醋中的總酸量之外，傳感器還能運(yùn)用于化學(xué)的哪些方面等。根據(jù)這些困惑，我會(huì)繼續(xù)