基于手持技术的“CO2与Ca(OH)2反应”探究实验的研究和启示

【摘 要】 手持技术的应用可使抽象的微观反应变得真实、实时、快捷，将反应的定性变为定量分析，如对“”借助pH传感器提供可信的数据，进行对比分析，从而揭秘反应的事实和用途。

【关键词】 手持技术;实验;数据分析

【中图分类号】G64.41 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2015）20-00-01

在探究实验中发现，不是所有化学实验都能靠肉眼观察并得出结论的。手持技术作为一种新兴的实验手段，极大地丰富了化学实验的研究内容、拓展了化学实验的研究范围，为信息时代下的化学实验数据源带来了新的变革，而手持技术运用到课堂课堂教学的前提也是本着恰当、适时、必须、有度的原则，尽可能发挥手持技术的最大特点――变复杂为简单，变抽象为直观，变静态为动态，变定性为定量，为化学传统实验难以解决的问题探索出了一条新的途径。

一、名词解释：手持技术

1、原理

何谓手持技术？它是利用传感器、数据采集器、电脑（已安装相应软件）这三者进行连接，把温度、色度等连续变化的物理量转化为电信号，从而对化学实验进行定量研究的装置。应用手持技术的具体过程是传感器（探头）进行测量，数据采集器进行数据的收集、处理并传输给电脑，再由相应的软件进行数据分析、绘制图像，并直接展现在电脑屏幕上。下图表示了手持技术的相关原理：

图1.1 手持技术原理示意图

2、特点

手持技术的应用，打破了传统化学实验在时空上的局限性，能使实验数据的测定更加简便，并且借助于手持技术自身所匹配的软件，对于复杂的数据进行分析、拟合，减少了人工计算的数量，提高了化学实验研究的质量。在充分应用计算机强大的运算能力的基础上，把复杂的化学实验趋于简单化，易操作。

中学化学实验中，常用的传感器有数字化温度计、pH计、CO2传感器等。这些传感器将传统的化学实验现象转化成可视的、直观的数字与图像，对于这些可监测的数字信号，更好的帮助学生对化学实验现象和本质原理的认识和理解，同时也可以提高化学教师对现代化科学技术的运用技能以及教师专业化素质。

二、提出问题

在人教版普通高中课程标准实验教科书化学必修一第二章第二节离子反应中与“量”有关的化学方程式中涉及一个知识点就是CO2与Ca（OH）2反应的问题。理论上讲就是当二氧化碳通入石灰水中先发生反应Ca（OH）2+CO2TCaCO3+H2O;使沉淀不断增加，继续通入CO2，CO2会与生成的碳酸钙反应生成碳酸氢钙，使沉淀溶解。记得当初我们老师讲完这个知识点后，很多同学就有这么个疑问从反应看溶液中溶质的变化流程是：Ca（OH）2CaCO3Ca（HCO3）2，简单的从溶质看，溶液应该是一直pH>7，老师给我们这么武断的猜测给予了否定的答案，但是当时他的解释无法令我们信服，这个问题就一直困扰着我，直到上了大三，接触了手持技术实验，就想可以了用手持技术来解决这个问题，用比较直观的方法让学生认识到溶液酸碱性的变化过程，引领学生共同探索现代信息手段在化学实验教学中的应用。

三、借助手持技术，探索问题解决的策略和证据

1、将所需的pH传感器、笔记本（安装datastudio软件）、数据采集器和CO2的发生装置以及与Ca（OH）2反应的装置连接起来。（连接装置图如图1.2所示）

由手持技术采集的实验数据图（图1.3）

2、由实验过程出现的问题及数据结果分析得出：

从图2可见，随着反应的进行，体系酸度从pH=12逐渐降到pH=6.3，说明反应体系在CaCO3转换成Ca（HCO3）2的一瞬间，CO2就已过量，故溶液呈酸性。之所以出现这种情况，我们认为反应体系通过不断通入CO2，Ca（OH）2溶液从最初的pH>>7到生成Ca（OH）2溶液与CaCO3沉淀共存（pH>7），再进一步过渡到CaCO3沉淀与Ca（HCO3）2溶液共存（pH≥7），最后演变成Ca（HCO3）2溶液与H2CO3溶液共存（pH<7）。

四、手持技术解决问题过程的启示

此问题的发现基于“教学预设”与“教学实施”对比而产生的意外分歧，借助手持技术数据采集的优势，对问题的阐释提供了更直观、更科学的依据。虽然实验结果和预期不一致，但是却能引发我们另一方面的思考，就是“实践是检验真理的唯一标准”，不论是在生活中或者学习上都应如此。特别是广大的教育工作者更应该清楚地认识和奉行这一点。要不断的鞭策自己学习，与时俱进，将新兴的教育辅助工具及时地传播到课堂，即使没有条件购置仪器，也要普及它的概念及用处，像这个CO2与Ca（OH）2反应的事件，如果老师当初用手持技术的角度给我们讲，我们也不会困扰这么多年，不过也不能责怪老师，反而给了我们一个启示：学无止境，特别是要当一名合格地老师，更应时刻鞭策自己学习，才能更好的传道授业解惑。

参考文献

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