| 标题 | 二氧化碳制备中对盐酸挥发性的监测 |
| 范文 | 盛俭发 徐泓 郑军 摘要： 利用数字化实验，将大理石与不同浓度盐酸反应产生的气体分别通入蒸馏水和饱和石灰水中。气体通入蒸馏水中，挥发出来的氯化氢在蒸馏水中的浓度通过氯离子传感器检测；气体通入饱和石灰水中，通过氯离子与pH传感器检测其氯离子浓度和pH变化；待氯离子浓度值基本保持不变时，再滴入几滴浓硝酸。计算机曲线表征表明，生成的碳酸钙对挥发出来的氯化氢溶解在溶液中的氯离子有吸附作用。 关键词： 数字化实验； 二氧化碳制备； 盐酸挥发性监测； 实验探究 文章编号： 10056629（2018）8006603 中图分类号： G633.8 文献标识码： B 1 问题的提出 以“培养学生学科核心素养”为标志的课程改革强调通过课程学习形成学生的关键能力和必备品格。在人教版九年级《化学》上册第六单元“碳和碳的氧化物”，实验活动2“二氧化碳的实验室制取与性质”中提到稀盐酸（1∶2）。本文对于不同浓度盐酸挥发性的程度问题，以及产生的气体通入饱和石灰水中生成的碳酸钙对氯离子的影响提出实验探究，从而对化学反应中微观粒子的变化有更深入的认识；运用氯离子和pH传感器检测，图像直观、生动，解决了实验中关于不同浓度盐酸挥发性大小及生成的碳酸钙对氯离子产生怎样影响的问题。 2 实验部分 2.1 实验仪器和药品 实验仪器： 计算机、Vernier Lab Quest 2数据采集器、氯离子传感器、pH传感器、250mL烧杯、具支锥形瓶、分液漏斗、铁架台等 药品： 大理石、浓盐酸、蒸馏水、饱和石灰水、浓硝酸 2.2 实验装置简图 2.3 实验内容 室内温度19℃，相对湿度92%，气压101.3kPa。浓盐酸中HCl含量为36%～38%，因为在开瓶配制过程中有挥发，按照37%计算，浓盐酸物质的量浓度约为12molL，按照此浓度配制稀盐酸。教材中稀盐酸按照1∶2配制，物质的量浓度大约是4molL，再配制各种不同浓度盐酸进行挥发性比较研究。 （1） 氯离子传感器检测不同浓度盐酸与大理石反应产生气体通入蒸馏水中氯离子浓度的变化[1]。 将氯离子传感器、数据采集器、计算机相连；用氯离子传感器探头一开始浸没于75mL蒸馏水中，用logger Pro软件采集数据，通过软件分析并以时间（t）为横轴、氯离子浓度为纵轴作图，在大理石和盐酸还没反应时开始采集数据，随后打开分液漏斗活塞，让不同浓度盐酸与大理石反应，产生的气体通入蒸馏水中，观察图像的变化。 （2） 氯离子传感器、pH传感器检测不同浓度盐酸与大理石反应产生气体通入饱和石灰水时氯离子浓度和pH的变化。 将氯离子传感器、pH传感器、数据采集器、计算机相连；用氯离子传感器探头、pH传感器探头一开始浸没于75mL饱和石灰水中，用logger Pro软件采集数据，通过软件分析并以时间（t）为横轴、氯离子和pH为纵轴作图，在大理石和盐酸还没反应时开始采集数据，随后打开分液漏斗活塞，让不同浓度盐酸与大理石反应，产生的气体通入饱和石灰水中，观察图像的变化。 （3） 同实验步骤（2），利用8molL盐酸制取二氧化碳，产生的气体通入饱和石灰水中，当氯离子浓度不再变化时，加入几滴浓硝酸，直到难溶物完全溶解，观察图像的变化。 3 结果与讨论 （1） 氯离子传感器检测不同浓度盐酸与大理石反应产生的气体通入蒸馏水时氯离子浓度的变化（见图2）。 以时间为横轴，氯离子浓度为纵轴；分析数据得出，在通入气体大约600秒时，蒸馏水吸收氯离子浓度的数据及曲线见表1、图3。 从图2、图3及表1可知，实验室二氧化碳制备过程中4molL、 6molL、 8molL盐酸的挥发性很小，蒸馏水中氯离子浓度分别是1.1mg/L、 1.4mg/L、 3.7mg/L，几乎可以忽略；9molL盐酸有一定的挥发性，氯离子浓度为19.0mg/L；盐酸浓度为10molL、 12molL时挥发性较大，氯离子浓度分别为59.8mg/L、 209.2mg/L，不能忽略。因此在实验室制备二氧化碳时，一般用浓度低于等于8molL盐酸，教材选用4molL盐酸时保证了反应速率适中和盐酸挥发性较小的特点。 （2） 氯离子传感器、pH传感器检测不同浓度盐酸与大理石反应产生的气体通入饱和石灰水时氯离子浓度和pH变化。 由图4可知，以时间为横轴，氯离子浓度、pH为纵轴，所列的各种浓度的盐酸刚开始反应时，氯离子浓度都升高，但反应至pH下降的拐点时，氯离子浓度都下降；对于4molL、 6molL、 8molL盐酸随后反应的氯离子浓度基本保持不变，而对于10molL、 12molL盐酸来说随后反应的氯离子浓度升高。 分析数据得出，对于4molL、 6molL、 8molL盐酸，开始由于盐酸有一定的挥发性，氯离子浓度升高，随后被生成的碳酸钙吸附，氯离子浓度反而降低，但盐酸挥发性毕竟很小，随后继续生成的碳酸钙基本能把挥发出来的氯离子吸附，所以氯离子浓度基本保持不变。 对于10molL、 12molL盐酸来说，为什么不像4molL、 6molL、 8molL盐酸那样后来氯离子浓度基本保持不变，而是进一步升高呢？因为此时的盐酸挥发性较大，生成的碳酸钙与挥发出来的氯化氢发生了反应，碳酸钙溶解，氯离子被释放，所以氯离子浓度进一步升高。然而不管是哪种浓度的盐酸，对最终的pH影响都不是很大。为说明氯离子被生成的碳酸钙吸附，用实验（3）即可验证。 （3）同实验步骤（2），利用8molL盐酸制备二氧化碳，产生的氣体通入饱和石灰水中，当氯离子浓度不再变化时，滴入几滴浓硝酸，直到难溶物完全消失，观察图像的变化（见图5）。 由图5可知，利用8mol/L盐酸与大理石制备的气体通入到饱和石灰水中，当氯离子浓度稳定在21.2mg/L时，滴入几滴浓硝酸，硝酸和碳酸钙反应，碳酸钙溶解；最后氯离子浓度稳定在58.7mg/L，大于21.2mg/L。说明被碳酸钙吸附的氯离子释放出来了，即验证了生成的碳酸钙对氯离子有吸附作用。 4 结语 盐酸浓度低于8mol/L时，传统实验很难检测到其挥发性程度问题，通过氯离子浓度及pH传感器的数字化实验“实时监控”全过程，将不同浓度盐酸的挥发性直观、生动地呈现在学生面前，实验中检测出碳酸钙对氯离子的吸附作用是传统实验无法完成和感知到的，让学生对微观粒子作用有了更深入的认识，有利于对学生化学学科核心素养的培养[2]。数字化实验对化学四重表征中的微观表征和曲线表征更是有独特的优势[3]，其在课堂上的运用是传统实验的重要补充。 参考文献： [1]马善恒，夏建华，姚如富.运用数字化实验探究氯水中化学平衡的存在[J].化学教学， 2017，（7）： 71～73. [2]王云生.探索课堂学习活动设计落实核心素养培养要求[J].化学教学， 2016，（9）： 3～6. [3]高妙添.基于“四重表征”与“手持技术”教学模式的实践研究[J].化学教育， 2013，（6）： 38～41. |
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