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气体压力传感器在化学实验中应用更为广泛和方便


发布日期:[2018-11-10]    作者:昊明压力传感器厂家


1.比较有无催化剂对化学反应速率的影响   

利用气体压力传感器监测双氧水分解过程中是否加入催化剂的气压变化情况,形象地说明催化剂的作用。同时该实验还能说明双氧水自然分解时的速率情况。传统的实验手段,由于双氧水自然分解速率较慢,无法观察到。针对二氧化锰催化双氧水反应剧烈,速率较快,不易平缓制取氧气的情况,教师还可设计实验,引导学生利用气压传感器,比较不同曲线的平均斜率和瞬时速率,探究双氧水浓度、水的体积、催化剂的用量对平和、高效制取氧气的影响。   

气体压力传感器

2.碳酸钠与碳酸氢钠的性质比较   

人教版教材必修一对碳酸钠和碳酸氢钠性质进行了科学探究,其中之一是碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应,目的是比较两个反应的速率大小。但进行实验时,可发现按照课本上操作,实验现象不明显,并不能明显的观察到气球膨胀的快慢。且实验者也很难同时将气球中粉末倒入盐酸中。利用传感技术实验者可以利用针筒将盐酸注入容器内,使用气压传感器实时检测反应生成二氧化碳浓度的情况,利用“线性拟合”手段可简捷、方便的比较反应的速率差异。   针对人教版该部分实验不仅涉及两者与盐酸反应速率的变化,同时也涉及反应温度的变化,因此也可同时使用压力和温度传感器同时检测两个反应中压强和温度的变化情况。   


3.测定乙醇的分子结构   

乙醇分子结构测定是旧版人教社高中教材的一个定量实验。采用排水集气法进行实验存在误差较大、操作复杂等问题。由于该实验涉及气体的放出,可采用气压传感器检测乙醇和钠反应过程中压强的变化情况,借助于理想气体方程,求得氢气物质的量,将其与反应物乙醇物质的量进行比较,即可以确定乙醇的结构。   本实验的优点在于传感器的灵敏度非常高,能够减少乙醇和钠的用量,同时实验操作也非常简单,学生操作时即使不成功,也可快速重新加入药品进行实验操作。存在的误差主要在于乙醇的挥发,实验操作时应缩小加热时间。   


4.喷泉实验   

一些可溶或能溶性气体和相应的物质(如NH3和水,SO2、CO2和NaOH溶液)进行组合时,能够形成喷泉,而在现实教学中,学生对喷泉实验的理解仅限于表面和现象的认识,不能数据化的感受反应压强的变化。采用气体压力传感器,能够实时检测并呈现形成喷泉时压强的变化情况,有助于加强学生对喷泉原理的理解。该实验还可以进行拓展研究,如比较不同喷泉体系压强变化,使学生对各种气体溶解度有比较直观和感性的认识。   

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5.化学反应速率的测定   

课程标准要求学生能够通过实验测定某些化学反应速率,采用气压传感器检测镁与盐酸反应过程中压强的变化情况,利用数据处理软件中“线性拟合”功能对图形进行处理,得出斜率△P/△t ,利用如下公式即可以求出用氢气浓度变化量表示的化学反应速率。   v===?   反应伴随一定的热效应,会造成误差。因此镁条用量不宜太多,盐酸浓度也不宜太大。笔者利用温度传感器经过多次实验测定反应体系温度情况。发现镁条宜取2cm,盐酸浓度控制在0.5-1mol/L,反应体系的温度变化较小,同时现象明显。   


6.比较条件对化学反应速率的影响   

可以通过检测等物质的量硫酸铜和氯化铁溶液、等物质的量硫酸铜固体和溶液、不同的pH体系对双氧水催化分解的压强变化情况,借以说明催化剂种类、物质状态、pH等对化学反应速率的影响变化情况。   值得说明的是在反应图形中,可以利用数据处理软件中“线性拟合”和“正切”功能对图形进行处理,可求出该反应相应的平均速率和瞬时速率。传统教学中对“瞬时速率”的教学大都停留于口头讲述。利用“正切”功能可让学生对此有更好的掌握。   

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7. 强弱电解质的比较   

人教版教材通过实验等体积等浓度盐酸和醋酸与活泼金属的剧烈程度分析说明两者H+浓度是不同的。笔者在进行实验时发现两者与镁条反应的“剧烈程度”肉眼难以区分,不利于课堂的演示。采用气压传感器监测两者压强变化情况并通过计算机显示出来,使得实验演示效果明显,定性实验定量化。   三、气压传感器应用的注意事项   1.气压传感器在使用的过程中应当注意保持良好的气密性,这就涉及到传感器接口和中学化学实验室传统实验仪器的连接问题。在近几年的实验研究中,使用过多种品牌的传感器,发现目前各种厂家设计的气压传感器分为两类,一类其接口是一个直径约为2-3cm的塑料管,中学实验室只有具支试管与其配套;另一类带有两种不同的圆头接口,150mL、100mL锥形瓶、大试管均可与其相连接。感觉后一种在中学化学实验中应用更为广泛和方便。这同时也要求厂家在设计产品的时候应多考虑中学化学实验的需求。   2.相比其他传感器,教师在指导学生使用气压传感器进行实验的过程中应当格外注意安全问题。教师在设计实验的时候应注意药品和试剂的用量,防止反应体系产生的压强过大使玻璃容器破裂。在研究中发现一般试管大都能承受125kPa左右的压力,而150mL锥形瓶能承受170kpa左右的压强,具支试管在140kpa左右。