摘要：将数字化实验用于高中化学实验教学，高中必修4中的“影响盐类的水解因素”为例，探究在传统教学方法的基础上运用数字化实验探究了 “盐类水解”这一课时的课堂教学中的应用。并且分析了数字化实验在高中化学实验教学中的意义。

  关键词：数字化实验  传感器  盐类的水解

一、问题的提出

《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010-2020 年）》指出：要充分利用科技成果去开发新的学习资源和先进技术，整合现有资源，促进教育内容、教学手段和方法现代化，达到教学最优化，取得最佳的教育效果。近几年以来，以传感器为代表的数字化实验设备逐渐进入中学化学实验室，各个学校的数字化实验在不断的开展。基于数字化信息系统（DIS）的高中化学实验是指在化学实验中，将传感器、数据采集器和计算机相连接，利用相关软件进行数据分析从而进行实验，通过该实验，可以将传统实验中的微观变化转化成宏观的数据、图表等形式，整合了信息技术与化学教学。

与传统化学相比较，基于数字传感技术的高中化学实验，有许多突出的优点。比如操作简单、现象直观、数据准确、原理可视，实验结果具有数据化、动态化、图表化等特点，有利于突破教学重点和难点；

本文将以影响盐类的水解因素为例，深入分析基于数字化信息系统（DIS）的高中化学实验在化学实验教学中的应用，比较与传统实验的差异，寻找数字化实验在高中化学实验教学中的意义。

二、影响盐类水解的因素实验教学

高中化学人教版必修4中关于影响盐类的“盐类水解”这一章中， “影响盐类水解的主要因素”是比较抽象的，在传统的教学中，老师和学生对这一知识点的理解主要依靠化学平衡原理进行分析，使得许多学生理解起来存在较大的困难。如果在这一部分的教学中利用数字化实验，许多难点问题就可以迎刃而解。

1.实验设计思路

   盐类的水解是可逆反应，改变外界条件，比如温度，浓度等，都会影响盐类的水解程度。本实验以探究Al₂（SO₄）₃溶液水解平衡的因素。通过改变温度，浓度等因素，探究溶液酸碱性的变化情况，推断水解程度的大小。

Al₂（SO₄）₃是一种强酸弱碱盐，但水解方程式为：Al³⁺+3H₂O ⇌ Al(OH)₃+3H⁺。反应物和生成物浓度以及温度都会影响影响该水解平衡的移动。在实验中，主要利用PH传感器测量溶液的PH值随温度和浓度的变化，从而判断溶液中H⁺浓度的变化情况，进而探究影响Al₂（SO₄）₃水解的主要因素及如何影响。

2.实验仪器、试剂

  仪器：计算机、PH传感器、数据采集器、水浴锅、温度传感器、100ml（6个）、容量瓶（250ml）、移液管（20ml）；

试剂：0.5mol/L Al₂（SO₄）₃溶液、H₂SO₄（aq）、NaOH(aq)、蒸馏水。

  3.实验方法及结果分析

（1）实验方法

     ①探究生成物H₂SO₄浓度对Al₂（SO₄）₃溶液水解的影响

     将PH传感器、数据采集器以及计算机连接好，打开计算机上的SWR软件。配制0.5mol/L的Al₂（SO₄）₃溶液，用移液管量分别取20ml Al₂（SO₄）₃溶液于6个烧杯中，再分别向上述烧杯中依次滴入0—5滴数H₂SO₄溶液。将用蒸馏水清洗过的PH探头放入Al₂（SO₄）₃溶液中，开启数据采集器，分别测量上述6组加入不同量H₂SO₄溶液的Al₂（SO₄）₃溶液的PH值。

  ②探究反应物浓度对Al₂（SO₄）₃溶液水解的影响

    将0.5mol/L Al₂（SO₄）₃溶液分别加水稀释为0.4 mol/L、0.3 mol/L、0.2 mol/L、0.1 mol/L和初始溶液一起共5组。并测量5组溶液的PH值。

   ③探究温度对Al₂（SO₄）₃溶液水解的影响

   取20ml配制好的0.5 mol/L Al₂（SO₄）₃溶液，用温度传感器测量Al₂（SO₄）₃溶液的初始温度。然后用恒温水浴锅分别将其加热，测量温度分别为20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃时的PH值。

（2）结果分析

①图1为加入不同滴数H₂SO₄溶液后得到的Al₂（SO₄）₃溶液的不同PH溶液PH—生成物浓度变化曲线。可以看出，在其它条件相同的情况下，溶液的PH随着生成物浓度的增大而增减小。溶液的pH减小，说明氢离子浓度增大了，但事实上平衡是逆向进行。教师可以引导，根据勒夏特列原理可以很好的解决这个问题。从而帮助学生理解了这个难点问题。

图1 不同滴数硫酸Al₂（SO₄）₃溶液的pH变化曲线

②图2为不同浓度的Al₂（SO₄）₃溶液下的的pH曲线。由该曲线可以看出，随着Al₂（SO₄）₃溶液浓度的增大，溶液的PH逐渐减小。由此表明反应物浓度的增大可以促进Al₂（SO₄）₃溶液的水解。

图2 不同浓度Al₂（SO₄）₃溶液的pH变化曲线

③不同温度下Al₂（SO₄）₃溶液的pH变化曲线如图3所示。由图像可以看出：随着温度的升高，溶液的pH值依次减小，说明溶液中的H⁺浓度增大，平衡正向移动，表明水解反应是吸热反应，升高温度可以促进水解反应的进行。

图3不同温度下Al₂（SO₄）₃溶液的pH变化曲线

由以上3组实验可以发现， 影响Al³⁺水解的主要因素有温度、反应物浓度和生成物浓度，温度升高有利于Al³⁺ 水解，反应物浓度增大也有利于Al³⁺ 水解，而生成物浓度增大不利于Al³⁺ 水解。

三、高中化学数字实验教学的意义

1.揭示化学反应原理更加直观。

化学原理的教学往往比较抽象，学生理解起来比较困难。所以，我们在教学过程中，借助于数字化实验，能将许多抽象的理论知识形象化，从而提高学生的学习效率。比如，在“强电解质和弱电解质的教学中”，我们可以可以使用酸碱度传感器测定巳知浓度盐酸和醋酸的pH值，可以使用气压传感器测定同浓度的盐酸与醋酸和镁条反应速率等，从而让学生理解强弱电解质的本质是“是否完全电离”。

2． 借助数字化实验可以调动学生的学习兴趣

兴趣是最好的老师，但是，高中阶段的化学理论知识比较抽象， 学生理解起来比较困难，久而久之，许多学生开始讨厌学习化学。但是，如果我们充分发挥数字化实验的直观性特点，重新调动学生的学习兴趣，就能使学生更加积极地参与到课堂活动之中，成为课堂的主体。

例如，在传统实验“不同催化剂对于同一化学反应的催化效果” 的教学中，我们通过取2份体积相同的2％浓度的双氧水溶液，分别加入FeC1₃溶液和MnO₂ 固体，观察产生气泡的快慢程度，就可以定性地了解催化效果。而在数字化实验中，我们使用气体压力传感器，就可通过计算机的数据处理功能绘制出P—t图像，做到定量分析。比较来看，传统实验对于实验现象的描述比较主观，实验现象、仅仅是产生气体，是非常常见的实验现象，很难激发学生的兴趣。在数字化实验引入气体压力传感器和计算机之后，实验现象以另外一种面貌出现。更加直观，这对培养学生学习兴趣的无疑大有好处。

3. 传统与数字化优势互补，重在合理整合

数字化实验是时代进步的产物,两者是优势互补的关系，不存在孰优孰劣之分，也不意味着数字化实验一定能替代传统实验。相反，数字化实验手段丰富了传统实验, 使传统实验有了新的发展。在使用中，一方面，拓宽了学生的视野另一方面，也给教师带来了机遇和挑战，要求老师学会对传统实验进行“二次开发”, 努力开发数字化设备的潜在的教育教学功能和价值, 合理地将其与传统实验教学整合起来, 弥补传统实验教学的不足, 使其更好服务于高中化学教育教学。

参考文献：

[1] 朱鹏飞，马宏佳等. 利用传感技术对硫酸铜与氢氧化钠反应的实验研究[ J].中学化学教学参考，2008，（9）：34~36

[2] 曾青华, 基于数字实验的初中化学教学的实践与思考[ J].教育信息技术，2015，（6）.

  [3] 潘长有. 浅谈传统演示实验与传感器整合——提高实验教学效果[J]. 科技资讯,2010,(23).