楊毅旭+沈甸

摘要：強酸與強堿、強酸與弱堿等中和反應之間存在何種差異，運用真實實驗或是pH傳感器等難以進行平行的對比實驗。鑒于課堂演示實驗現象不明顯、不易把控等問題，在學生親自實驗的基礎上，以化學軟件“Crocodile Chemistry”為工具，模擬多種類型的酸堿中和滴定，引導學生深入思考、把握本質，體驗不同類型中和反應之間的不同。

關鍵詞：實驗教學；酸堿中和滴定；化學軟件；Crocodile Chemistry

文章編號：1005–6629（2017）2–0078–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學教學中也自然離不開實驗。在實驗過程中，學生可獲取直觀的感性認識，發(fā)現問題，思考問題，然后運用化學知識解決問題。由于中學化學實驗條件的限制，有些實驗現象不明顯，如酸堿滴定過程中pH的變化，強酸與強堿、強酸與弱堿在滴定過程中pH變化的差異等問題，給學生理解酸堿滴定的原理帶來了一定困難。

1 教材中酸堿中和滴定的實驗

“酸堿中和滴定”是一個探究性定量實驗，既是中學化學教學的重點內容，也是高考化學考查的熱點內容。

圖1是酸堿中和滴定的實驗裝置示意圖，也是酸堿中和滴定實驗中最為經典的實驗裝置。利用這一實驗裝置進行課堂演示實驗，往往會出現以下問題：（1）難以把控滴定終點，容易出現失誤；（2）pH突躍時間短，無法重復呈現，導致學生印象不深；（3）酸堿中和反應有多種類型，如一元強堿和多元酸的反應，強堿與弱酸或強酸與弱堿的反應等。這些反應的終點，以及達到反應終點時所消耗的強酸或強堿的量與一元強酸強堿的反應存在著何種不同，真實實驗難以給學生一個直觀的比較以促進其理解，而這些反應往往又是教學中的難點。

2 酸堿中和滴定實驗文獻分析研究

為應對實驗教學的問題，產生了諸多新的實驗手段，如視頻實驗、手持技術、仿真實驗軟件等，給化學實驗教學帶來了生機。

李新義在“手持技術在酸堿中和滴定終點判定中的應用”一文中[1]，利用溫度傳感器和電導率傳感器的實時檢測功能，借助數據采集器和計算機直接繪制數據曲線，便捷、直觀地反映出中和反應過程中溫度和電導率的變化，并利用軟件技術找到酸堿中和滴定的終點，不僅減少了指示劑種類和濃度的誤差，而且避免了人為因素的干擾，彌補了中學教材準確測定滴定終點方法的空缺，提高了測定的準確性和科學性。由于該實驗需要借助多種先進儀器，一般學校難以配備，因而大范圍地推廣運用存在一定的困難。

魏銳等在“利用pH傳感器研究中和反應過程中pH的突變”一文中[2]，利用pH傳感器的實時檢測功能，借助數據采集器和計算機直接生成數據曲線，便捷、直觀地反映了中和反應過程中的pH變化，幫助學生認識“突變”的存在，較好地促進了學生的理解。但運用傳感器的實驗往往是針對一個中和反應體系所進行的，難以同時對不同類型酸堿中和滴定進行實時對比，故而在體驗不同類型中和反應之間的差異上存在一定的局限性。

鑒于上述問題，本文擬以英國公司開發(fā)的Crocodile Chemistry模擬實驗軟件為工具，設計與教材內容相匹配的酸堿中和滴定系列實驗，給化學教學提供借鑒與參考。采用該實驗模擬軟件，可以相對客觀而又理想化地模擬反應進程與關鍵節(jié)點，將不同反應中所消耗的滴定酸或堿的量清晰地呈現出來，以便于學生理解酸堿滴定終點以及所消耗的酸與堿的量的比例關系，幫助學生在課堂上從宏觀和微觀兩個角度同時觀察反應的現象與原理，從而引導學生深入思考、把握本質，促進學生的深度學習，發(fā)展學生的分析能力[3，4]。

3 運用“Crocodile Chemistry”軟件模擬“強酸、弱堿中和滴定”的教學設計

[師]同學們，我們知道，酸堿中和反應的實質為：H++OH-=H2O，但是，這是否意味著所有的一元酸、一元堿在中和反應時，當酸堿的用量滿足1：1時，溶液恰好為中性呢？

[生]不一定吧！

[師]大家有疑問？想一想，有沒有什么好的解決辦法？

[生]用實驗來驗證一下最直接。

[師]大家的想法非常好，由于運用pH傳感器難以進行平行的對比實驗，下面老師借助Crocodile Chemistry實驗軟件為大家模擬一下用0.01 mol/L HCl溶液以相同的速度同時滴定20mL 0.01 mol/L NaOH溶液與20mL 0.01 mol/L NH3·H2O溶液時溶液pH的變化，選用甲基橙為指示劑，請仔細觀察鹽酸的用量及兩者滴定終點之間的差異。

[生]認真注視屏幕（圖2）。

[師]大家觀察到了什么？請說說看。

[生1]盛放氨水的燒杯率先變紅。

[生2]鹽酸與氨水反應pH突躍的時間較氫氧化鈉早。

[生3]反應到達終點的時間：氨水<氫氧化鈉。

[生4]反應到達終點時鹽酸的用量：氨水<氫氧化鈉。

[師]大家說的都很對，讓我們把反應的pH圖像放大（圖3），通過對比可以清楚地看到，用等濃度的HCl溶液以相同速率滴定等量的一元堿NH3·H2O和NaOH時，與氨水率先到達反應終點，而且n（HCl）

[生]討論并提出一處關鍵區(qū)別：NH3·H2O為弱堿、NaOH為強堿。

[師]兩者區(qū)別在哪里？

[生] NH3·H2O為弱堿只能部分電離，NaOH為強堿，在溶液中完全電離。

[師]說的很好，但酸堿中和反應的過程酸的加入促進了氨水的電離，因此堿性的強弱并不影響反應的產物與進程；那原因到底在哪里呢？請再觀察圖像，看看還能發(fā)現點什么。

[生]反應滴定終點的產物與兩者按1：1反應的產物不同。

[師]怎么不同？說說看！

[生]當HCl與NH3·H2O按1：1完全反應后，溶液中溶質應為NH4Cl，從圖像上可以看出溶液的pH<7；但滴定達到終點時，用去的鹽酸小于20mL，產物應為NH4Cl和NH3·H2O，溶液的pH=7；NH3·H2O顯堿性，是否意味著HCl與 NH3·H2O生成的鹽NH4Cl是顯酸性的。

[師]完全正確，在我們的印象中，大多數鹽溶液是顯中性的，比如NaCl、KNO3，但鹽溶液一定都顯中性嗎？

[生]不是，比如純堿Na2CO3，它不是堿而是鹽，但其水溶液顯堿性。

[師]說的很好，正是由于產物NH4Cl顯酸性，為使溶液顯中性，氨水需要有剩余，故而使得HCl消耗量減少，反應到達終點的時間提前。

[師]事實上很多鹽的水溶液并不顯中性，可能呈酸性，可能呈堿性。下節(jié)課我們將深入學習鹽的組成與水解知識。

4 總結

通過上述實驗對比，可以發(fā)現，運用Crocodile Chemistry模擬本實驗的優(yōu)點在于：實驗過程可將宏觀反應現象與微觀進程相結合，有利于學生把握酸堿中和反應的實質，特別是在強酸、弱堿中和滴定以及強堿、弱酸中和滴定問題上有優(yōu)勢。

當然，真實實驗給學生帶來的真實感受是模擬實驗永遠無法實現的。不能完全以模擬實驗技術、錄像實驗等代替真實實驗。

參考文獻：

[1]李新義.手持技術在酸堿中和滴定終點判定中的應用[J].化學教學，2013，（6）：45～47.

[2]魏銳，包明，王磊，劉強，范林，宋萬琚，劉秀豐.利用pH傳感器研究中和反應過程中pH的突變[J].化學教育，2007，（4）：59～61.

[3]曹晶偉，沈甸.化學軟件Crocodile Chemistry在“化學反應速率”實驗教學中的應用[J].化學教學，2012，（11）：20～22，26.

[4]蔡邦宏.功能強大的化學實驗模擬軟件——Crocodile Chemistry 309 [J].計算機應用與軟件，2007，（12）：128～129.