手持技术支持与化学反应分析

摘要：借助手持技术以稀H2SO4与Na2S2O3溶液反应为例，采用控制变量法分别探究了不同浓度和不同温度下稀H2SO4与Na2S2O3溶液的反应速率，以曲线表征反应过程增强实验的可视化效果，使学生深度理解外界条件对化学反应速率的影响。

关键词：手持技术；反应速率；浊度传感器；实验探究

一、问题的提出

为了深度研究外界因素对化学反应速率的影响情况，人教版高中《化学(选择性必修1)：化学反应原理》(2019年版)第24页“探究”中设置了以稀H2SO4与Na2S2O3溶液作为实验试剂，以探究浓度和温度对化学反应速率影响为目的的实验探究活动。教师在教学过程中会引导学生依据稀H2SO4与Na2S2O3溶液两者之间发生反应、生成单质硫的现象，通过观察溶液变浑浊的快慢程度来得出实验结果。但在实际操作演示过程中，往往会因溶液浓度过低、实验试剂的取量不合适、实验操作不同步等问题较难观察到清晰的实验现象。为了增强实验演示效果，笔者借助手持技术并采用控制变量的方法将实验过程进行曲线动态表征，有效增强了实验的可视化效果，很好地呈现了稀H2SO4与Na2S2O3溶液在不同条件下发生反应的情况，得到较为理想的效果。

二、实验原理

依据稀H2SO4与Na2S2O3反应的离子化学方程式：S2O32-+2H+=H2O+S↓+SO2↑可知，反应生成物中有单质硫，根据无色透明的稀H2SO4及Na2S2O3溶液体系中随着反应的进行而逐渐产生淡黄色浑浊的实验现象，借助浊度传感器实时监测不同浓度的H2SO4溶液和Na2S2O3溶液，以及同种浓度H2SO4溶液和Na2S2O3溶液在不同温度下溶液体系中产生浊度随时间变化的情况，得到“浊度-时间”曲线，根据实验数据曲线分析实验结果，得出相应的实验结论。

三、实验设计

1.实验仪器及试剂(1)实验仪器朗威®DISLabV8.0数据采集器、浊度传感器、计算机、洗瓶、容量瓶、温度计、烧杯、注射器、移液管。(2)实验试剂浓度分别为0.05mol/L，0.10mol/L，0.20mol/L的Na2S2O3溶液和稀H2SO4溶液以及蒸馏水。2.浓度对化学反应速率的影响实验探究(1)实验操作步骤①按照图1所示连接好实验装置、计算机、数据采集器和浊度传感器；打开计算机，进入朗威®DISLabV8.0的“通用软件”，打开“组合图像”，添加“浊度-时间”曲线。图1不同②打开浊度传感器，用移液管向三个比色皿中分别加入2ml浓度为0.05mol/L，0.10mol/L和0.20mol/L的Na2S2O3溶液，然后将比色皿放入浊度传感器中。③同时用三支注射器向三个比色皿中分别注入2mL浓度为0.10mol/L的H2SO4溶液，迅速盖上浊度传感器的盖子，点击“开始”按钮，开始采集实验数据，一段时间后，得到浊度随时间变化曲线见图2。④按照上述实验步骤，用浓度为0.10mol/L的Na2S2O3溶液分别与浓度为0.05mol/L，0.10mol/L，0.20mol/L的稀H2SO4溶液反应，并测定反应过程中浊度的变化，采集实验数据，得到浊度随时间变化曲线见图3(2)实验数据分析根据图2实验数据曲线可知：当其他条件相同时，相同浓度的稀H2SO4溶液分别与不同浓度的Na2S2O3溶液反应，随着反应的进行，0.20mol/L的Na2S2O3溶液对应的反应体系浊度明显增加，反应速率较快，并率先达到反应终点；0.10mol/L的Na2S2O3溶液对应的反应体系浊度增加稍慢；0.05mol/L的Na2S2O3溶液对应的反应体系浊度增加相对较慢，最后达到反应终点。根据图3实验数据曲线可知：当其他条件相同时，相同浓度的Na2S2O3溶液分别与不同浓度的稀H2SO4反应，随着反应的进行，0.20mol/L的稀H2SO4对应的反应体系浊度明显增加，反应速率较快，并率先达到反应终点；0.10mol/L的稀H2SO4对应的反应体系浊度增加稍慢；0.05mol/L的稀H2SO4对应的反应体系浊度增加相对较慢，最后达到反应终点。(3)实验结论根据上述实验内容和数据，可以得出如下结论：对于某一个具体的化学反应，反应物浓度对反应速率影响较大，当其他条件相同时，增大反应物浓度，可以加快反应速率。3.温度对化学反应速率的影响实验探究(1)实验操作步骤①按照图4所示连接好实验装置、计算机、数据采集器及和浊度传感器；打开计算机，进入朗威®DISLabV8.0的“通用软件”，打开“组合图像”，添加“浊度-时间”曲线。②分别量取3组2ml的浓度为0.10mol/L的稀H2SO4和Na2S2O3溶液，分别放入20℃，30℃，40℃水中加热，用温度计监测水的温度并保持恒温状态。③待温度稳定后，将稀H2SO4和Na2S2O3溶液迅速混合后倒入比色皿中，然后放入浊度传感器，迅速盖上盖子，点击“开始”按钮，开始采集实验数据，一段时间后，得到浊度随时间变化曲线见图5。(2)实验数据分析根据图5实验数据曲线可知：当其他条件相同时，相同浓度的稀H2SO4溶液与Na2S2O3溶液在不同温度下反应，随着反应进行，40℃对应的反应体系浊度明显增加，反应速率较快，并率先达到反应终点；30℃对应的反应体系浊度增加稍慢；20℃对应的反应体系浊度增加相对较慢，最后达到反应终点。(3)实验结论根据上述实验内容和数据，可以得出如下结论：对于某一个具体的化学反应而言，温度对反应速率影响较大，当其他条件相同时，升高反应体系温度，可以加快反应速率。

参考文献

[1]普通高中教科书化学(选择性必修1):化学反应原理[M].北京:人民教育出版社,2019:24.

[2]王春.手持技术在中学化学实验教学中的应用研究[M].北京:团结出版社,2017.

[3]唐芳艳,张玉彬.手持技术在“影响化学反应速率因素”实验中的应用[J].中学化学教学参考,2016(3):59-60.

作者：王春