手持技术

实验研究

手持技术在酸碱中和滴定终点判定中的应用

李新义，高建伟

（安徽省蚌埠二中，安徽蚌埠２３３０００）

摘要：利用温度传感器和电导率传感器的实时检测功能，并借助数据采集器和计算机直接绘制数据曲线，可以便捷、直观地反

映中和反应过程中温度和电导率的变化，并利用软件技术找到酸碱中和滴定的终点。通过对滴定终点判定方法的探究，提高学生运用

化学基本原理和化学学科思想来思考和解决问题的能力。

关键词：手持技术；温度传感器；电导率传感器；酸碱中和滴定

文章编号：１００５—６６２９（２０１３）６—００４５—０３ 中图分类号：Ｇ６３３．８ 文献标识码：Ｂ

酸碱中和滴定是中学化学教学的重点内容，而对

于酸碱中和滴定终点的判定方法，中学里仅是介绍了利

用指示剂指示终点，对于指示剂为什么可以指示终点的

原因，教师一般不做强调，而学生的理解也仅仅停留在

表层。由于酸碱中和反应的过程不仅伴随着物质的变

化而且伴随着能量的变化，所以，对于终点的确定方法

可以有很多种，随着现代信息技术的日益发展，传感器

技术就能很好地测定化学反应中的物质及能量的变化，

从而来确定酸碱中和滴定的终点。本文利用温度传感

器和电导率传感器来探究和确定酸碱中和滴定的终点。

１ 用温度传感器确定酸碱中和滴定终点

１．１实验原理

通过中和热测定的实验，我们已经知道，酸碱中和

反应伴随着能量的变化，随着中和反应的发生，温度也

随之变化，当温度达到最高点，说明反应完全即达到了

反应的终点，因此可以利用温度的变化来确定酸碱中

和滴定的终点。

随着现代科技的发展，我们可以利用温度传感器

来准确地测定反应过程中的温度变化，并利用通过数

据采集器和计算机绘制温度变化曲线，再利用软件确

定温度最高点时的标准液的体积即可确定酸碱滴定的

终点。

１．２实验仪器与试剂

计算机、威尼尔全功能数据采集器、威尼尔温度

传感器（型号ＴＭＰ－ＢＴＡ）、量热计、威尼尔滴数传感器

（型号ＶＤＣ—ＢＴＡ）、１．０ ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠溶液和未知浓

度的盐酸。

１．３实验步骤

（１）用２５ ｍＬ移液管量取２５ ｍＬ未知浓度ＨＣ１

溶液注人量热计中，并放入磁力搅拌子，用烧杯取１．０

ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液约５０ ｍＬ溶液于滴数传感器的滴定管

化学教学 ２０１３年第６期

中，固定于铁架台上。

（２）打开电脑软件，用滤纸将温度传感器擦干净

后插入量热计中。连接电源，采集ＨＣ１溶液的初始温

度。

（３）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌。滴加已知浓度的

氢氧化钠溶液，点击采集按钮，采集滴定过程中的氢氧

化钠溶液的体积和中和反应温度的变化。等到达到最

高温度并图形显示温度下降稳定后，再测约２０个点，

然后停止实验＿１】。

２０

ｌ５

——

１０

赠

５

赠

酸一碱滴定

／／ ， —－

—

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０ ｌ０ ２Ｏ ３０

体积（ｍＬ）

图１ １．０ｍｏｌｌＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知浓度的盐酸温度变化曲线图

酸一碱滴定

体积【ｍＬ）

图２ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知浓度的盐酸温度变化统计图

１．４实验结果及讨论

如图１所示，随着滴加入的ＮａＯＨ与ＨＣ１反应，温

度开始上升，当达到最高点时，反应完全后温度开始下

４５

降，通过运行软件，选择“数据分析”栏中的“统计”，

即得到“ ”曲线上温度最高时氢氧化钠的体积为

１７．９６ ｍＬ，并记录（见图２）。代人公式计算未知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～，即待测盐酸的

浓度为０．７２ ｍｏｌ－Ｌ～。重复２－３次，并进行数据处理。

２用电导率传感器确定酸碱中和滴定终点

２．１实验原理

电导滴定法是通过测定溶液的电导，求出反应终

点的方法。当电极的大小和电极间距离一定时，电解质

的电导取定于溶液中离子的浓度和种类。如果溶液中离

子浓度和种类发生变化，则溶液的电导也随之发生变

化Ｉ２】ｃ

当溶液中酸碱中和反应时，由于生成了弱电解质水

和溶液中离子种类发生了变化，溶液中电导率将会发生

变化，利用电导滴定过程中电导变化曲线上的转折点可

以确定反应的终点 】。

２．２实验仪器与试剂

计算机、威尼尔全功能数据采集器、威尼尔电导

率传感器（型号ＣＯＮ—ＢＴＡ）、烧杯、威尼尔滴数传感

器（型号ＶＤＣ—ＢＴＡ）、１．０ ｍｏｌ／Ｌ氢氧化钠溶液和未知

浓度的盐酸。

２．３实验步骤

（１）用２５ ｍＬ移液管量取２５ ｍＬ未知浓度ＨＣ１

溶液注入１５０ ｍＬ的烧杯中，并放人磁力搅拌子，用烧

杯取１．０ ｍｏｌ／Ｌ ＮａＯＨ溶液约５０ ｍＬ溶液于滴数传感器

的滴定管中，固定于铁架台上。

（２）打开电脑软件，用蒸馏水将电导率传感器清

洗干净后插入烧杯中。连接电源，采集ＨＣ１溶液的初始

温度。

（３）开启磁力搅拌器，缓慢搅拌。滴加已知浓度的

氢氧化钠溶液，点击采集按钮，采集滴定过程中的氢氧

化钠溶液的体积和中和反应过程中电导率的变化。等

到图形显示电导率下降，一会儿电导率上升并维持一

段时间，然后停止采集和实验。

电导率滴定

４６

图３ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶液滴定２５ｍＬ的

未知浓度的盐酸电导率变化曲线图

电导率滴定

图４ １．０ｍｏｌ／ＬＮａＯＨ溶ｊ硬涌定２５ｍＬ的

未知浓度的盐酸电导率变化统计图

２．４实验结果及讨论

如图３所示，当ＮａＯＨ滴人盐酸时，开始体积变化

不大，电导下降不明显，如图ＡＢ段；当随着ＮａＯＨ溶

液滴人量增加时，ＮａＯＨ和ＨＣ１反应，生成同样为强电

解质的ＮａＣ１，但由于氯离子的摩尔电导率要比氢离子

的小，同时溶液体积不断增大，因此溶液电导率开始明

显下降，如图ＢＣ段；当ＮａＯＨ被中和完全后，电导率下

降到最低值，当ＨＣ１与ＮａＯＨ反应完全后，此时继续

滴加ＮａＯＨ溶液，溶液中氢氧根离子浓度增大，且由于

氢氧根离子摩尔电导率较大，因此溶液电导率上升幅

度较大，在图中表现为ＣＤ段。

然后，通过运行软件，选择“数据分析”栏中的“统

计”，即得到“体积一电导率”曲线上电导率最低时氢氧

化钠溶液的体积，并记录（见图４）。

代入公式计算未知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～，即待测盐酸的浓度为０．７０ ｍｏｌ・Ｌ～。

重复２－３次，并进行数据处理。

３实验结论

通过温度传感器和电导率传感器测定酸碱中和反

应中的离子浓度的变化和温度的变化来确定中和滴定

终点的方法是可行的。通过实验也可以知道：中和滴定

终点的判定可以有多种方法，如ｐＨ、反应热、电导率等，

我们要从反应的本质及过程中发生的现象来发现问题

并解决实际问题。通过探索过程使学生体会到解决问

题有很多方法，拓展其思考问题的思路，遇到问题时

学会用化学基本原理和化学学科思想来思考和解决问

题。

４反思与启示

通常认为中和滴定终点确定的最常用方法是用ｐＨ

传感器，但是我们认为ｐＨ传感器确定终点比较适合强

酸与强碱的滴定终点的判定，而不适宜应用强碱（或强

酸）滴定弱酸（或弱碱），因为强碱（或强酸）与弱酸（或

弱碱）反应计量点的ｐＨ并不等于７。而利用温度传感

器和电导率传感器，并借助数据采集器和计算机直接

化学教学 ２０１３年第６期

实验研究

铁片镀锌层厚度测定实验的改进

陈 浩

（上海市西南位育中学，上海２００２３３）

摘要：在高三化学教材ｅｅ￣，Ｊ定镀锌铁片镀层厚度的实验中，是通过观察气泡变化来判断锌层是否反应完全的。本文对该实验进

行了改进，利用镀锌铁片、铁片和盐酸构成原电池，通过观察电流变化来判断镀锌铁片的镀层是否完全反应，从而使判断更加准确，

使该定量实验的精度显著提高。

关键词：铁片镀锌层；厚度测定；定量实验；重量法；原电池法

文章编号：１００５—６６２９（２０１３）６—００４７—０２ 中图分类号：Ｇ６３３．８ 文献标识码：Ｂ

１ 教材实验的不足

“镀锌铁片锌镀层厚度的测定”是上海科学出版

社高级中学化学拓展型课程课本（试用本）中第９章第

４节定量实验中的一个学生实验 ］。这个实验是用重

量法分析的一个定量实验，实验的关键之一在于判断

锌层是否恰好完全反应。教材利用在同浓度盐酸中，锌

反应速率比铁反应速率快的原理，通过观察气泡速率

突然减慢的方法判断锌层恰好完全反应。在实际操作

过程中，镀锌铁片在６ ｍｏｌ／Ｌ盐酸中反应时，产生气泡

较多，往往使溶液不透明，观察气泡速率变化较困难，

而且观察气泡速率变化，不可避免地带有较大的主观

性，误差较大。

２思考与探索

笔者最初尝试使用ｐＨ传感器，想通过测定盐酸

中氢离子变化速率的方法来找到恰好完全反应的点口】。

但由于氢气泡的干扰和盐酸浓度变化很小等原因，传

感器也很难准确找到这个点。但是传感器的工作原理

给了笔者灵感。传感器将要测定的物理量转化为电信

号，通过处理电信号的变化来测得物理量的大小ｐ 。该

实验中，如果能用电信号来帮助判断是否恰好反应就可

以达到准确测定目的了。所以笔者想到若将镀锌铁片和

盐酸设计成一个原电池，就会产生电流，就可通过电流

强弱来判断锌层是否恰好完全反应。

在设计原电池时，还需要另一个电极，Ｅ－Ｃ＂电极的

选择会影响到下一步可否通过电流强弱来判断锌层是

否恰好完全反应，所以并不是随便选择一个金属就可

以的。例如若用铜做电极，开始时为铜锌原电池，随着

反应进行电流减小。当锌层反应完全后，铜、铁和盐酸

仍然可以形成原电池，仍然有电流，这就无法判断锌是

否完全反应。因此，笔者选择用铁片作为另一个电极，

这样当锌层反应完全后，两个电极都是铁片，无法形成

原电池，就没有电流，即当电流恰好变为零的时候，锌

恰好完全反应。

３实验改进

３．１实验原理

铁片、镀锌铁片和盐酸形成原电池产生电流并用

绘制数据曲线，并利用软件技术能够找到酸碱中和滴

定温度最高值和电导率最小值所对应的酸或碱的体积，

从而确定滴定的终点。因此，利用传感器来测定反应热

和电导率来确定终点的方法不仅适用于强酸和强碱之

间，还可以应用于其他类型的酸碱中和滴定终点的判

断。

利用传感器技术判定酸碱中和滴定的终点，不仅

可以减少指示剂种类和浓度的误差，而且避免 人为因

素的干扰，弥补了中学教材准确测定滴定终点方法的空

缺 。通过传感器技术在中学化学传统实验中的应用，

有效地把中学传统的实验与现代信息技术整合起来，

这样做不仅能增强学生的化学学习兴趣，还有助于提

化学教学 ２０１３年第６期

高学生的科学素养。同时，通过现代信息技术的使用使

我们科学实验探究的手段和方法被充分拓展，这对中

学化学的实验教学研究很有益处。

参考文献：

…白涛等编著化学：为什么是这样？【Ｍ】．北京：化学工业出版社，

２０１１：２２￣２３．

［２］钱扬义手持技术在理科实验中的应用【Ｍ】北京：高等教育出

版社，２００３：２２８，２３３．

［３】李霞，黄菲菲，钱扬义．运用手持技术探究酸碱中和滴定过程

中电导率的变化Ｌ刀．化学教育，２０１１，（６）：５５￣５７．

［４】邓峰，钱扬义，林耿勉手持技术在酸碱滴定的应用研究Ｌ¨

化学教与学，２０１２，（２）：７８￣８０．