手持技术在初中化学实验教学中的应用

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1、手持技术在初中化学实验教学中的应用手持技术又称“掌上技术”，是由数据采集器、传感器和配套的软件组成的定量采集各种常见数据并能与计算机连接的实验技术系统。其最突出的特点是便携、实时、准确、直观，数据变化过程与实验过程同步进行，可将实验数据以数字或图像的方式实时显示出来，因此能够较为直观、定量和全面地辅助化学教学。义务教育化学新课标鼓励实验教学创新，提出“条件较好的学校，应积极开展改进、创新教师演示实验和学生实验的活动，创造条件让学生接触一些先进的实验仪器和设备，努力提高实验条件和实验手段的现代化水平”。通过创造条件让

2、学生接触一些先进的实验仪器和设备，例如将手持技术应用于初中化学实验教学，既可以开阔学生的视野、提高化学学习兴趣，又有助于学生对知识的理解，提高分析问题和解决问题的能力，促进学生科学素养的提高。笔者结合教学实践，开发了几个将手持技术中的温度传感器和气体压力传感器应用于初中化学实验教学的案例，供同行参考。一、温度传感器的应用8在物理变化和化学变化过程中常伴随能量变化，利用温度传感器可以定量测量物质变化过程的温度，进而判断物质变化过程中的能量转换。做这类实验通常是通过手触摸容器外壁和使用温度计来定性和定量地测定体系温度变

3、化，但这两种方法的灵敏度都比较低，尤其是物质溶解于水的过程和一些化学反应因能量变化不大或因为反应速率较慢，仅凭用手触摸或一般的测量方法，不易观察吸热或放热现象。利用温度传感器可以方便快捷地测量物质溶解于水和化学反应过程中的温度变化，不仅增强了检测的灵敏度，而且计算机可以实时显示物质溶解于水和化学反应时的温度―时间曲线，使学生在观察实验现象的同时，能够以直观、可视的方式对实验数据结果进行观察，有利于学生对物质变化过程中的温度变化进行判断，加深理解，利于记忆。8“溶解时的吸热或放热现象”是人教版《化学》（九年级下册）第

4、九单元“溶液”课题1中的探究实验，内容是：请学生利用所给的仪器和药品设计实验方案，探究3种固态物质分别溶解于水时是放出热量还是吸收热量。利用温度传感器定量测量相同质量NaOH，NaCl和NH4Cl三种固体物质溶解于等体积水时溶液温度变化，其温度―时间曲线如图1所示。可见，NaOH溶解于水时，溶液温度升高，是放热过程；NH4Cl溶解于水时溶液温度降低，是吸热过程；NaCl溶解于水时，溶液温度稍有降低，也是吸热过程，但其降低程度较相同条件下的NH4Cl小得多。手持技术方便、快捷，可以同时使用3支温度传感器，使不同物质溶

5、解于水时的温度变化同时呈现在一张温度―时间曲线图里，大大提高了实验教学效率，有利于学生观察和记忆。图1相同质量样品溶解时溶液温度―时间曲线利用温度传感器还可以测量化学反应过程中的温度变化，判断反应是吸热反应还是放热反应，例如镁与盐酸反应、氢氧化钡与氯化铵反应等。通过实验，让学生感受物质在化学反应过程中的能量变化，能够更深刻地理解放热反应和吸热反应的含义。二、气体压力传感器的应用气体压力传感器与数据采集器和数据处理软件相结合，可用于检测密闭体系内的气压变化，并将气压变化以数字、曲线等多种形式通过计算机实时显示出来，有

6、助于学生更好地把握实验动态，以及对实验结果进行分析和推测。1.检测“空气中氧气含量测定”实验过程的气压变化“空气中氧气含量测定”是初中化学一个非常重要的实验，既是教学的重点内容，也是学生学习的难点。其实验原理是利用红磷燃烧消耗密闭容器内空气中的氧气，使密闭容器内压强减小，当温度下降到室温后，打开止水夹，在大气压的作用下，进入容器内水的体积即为减少的氧气的体积。该实验是学生学习化学以来接触的第一个涉及“气压变化”的实验，实验原理中抽象的气压变化一直是学生理解的难点。利用气体压力传感器检测实验过程中的气压变化，其实验装

7、置如图2所示。8图2气体压力传感器检测“空气中氧气含量测定”实验的气压变化实验装置实验过程中体系内气压变化曲线如图3所示。A点大气压为100.4KPa；点燃红磷迅速将燃烧匙伸入集气瓶内，并将胶塞塞紧，由于红磷燃烧放热，此时集气瓶内空气受热膨胀，使瓶内气压瞬间增大，由B点升至C点；稍后，集气瓶中的氧气被红磷燃烧消耗，使瓶内气压迅速减小；待燃烧结束，冷却至室温，集气瓶内气体压强降至D点（79.6KPa）；此时，打开止水夹，烧杯中的水迅速进入集气瓶中，瓶中气压迅速上升至E点（99.5KPa），这时烧杯内的水停止流入集气瓶

8、，集气瓶内外压力平衡。由于广口瓶里导管口与烧杯内水面不相平，玻璃导管内存在一定液柱高差，导致反应结束后瓶内气压稍低于大气压。为了准确计算空气中氧气的含量，应注意比较燃烧前后、在同样的常温常压条件下，集气瓶中气体体积的变化量。设实验前集气瓶中空气的体积为V1，经压力传感器检测室温时大气压为100.4KPa（A点）；红磷充分燃烧后冷却至室温，止水夹尚未打开，集气