酸碱滴定曲线的绘制
高中化学选修6
《利用pH传感器绘制酸碱中和滴定曲线》教学设计
【实验问题提出】
中学阶段主要采用酸碱指示剂来确定滴定终点,但学生常因指示剂的选取不当或过早估计终点等问题而造成较大的实验误差。在中学的教学中，处理这一章节的内容比较困难，是否有比指示剂更准确更方便的实验方法呢？
【实验目标】
（1）学习并初步掌握pH计的使用方法。练习中和滴定的实验操作。
（2）深入了解中和反应的原理和过程，明确滴定终点选择的科学依据和实验事实。
（3）学习实验数据的图示处理方法，培养学生认真、严谨的科学态度。
【问题解决设想】
由于酸碱中和滴定的全过程均是在溶液中进行的，溶液中pH 的变化随着滴定过程的进行而发生变化，因此，溶液的pH 可以表征溶液中离子( 如H + ) 的浓度。在滴定过程中，滴定剂与溶液中的被测离子反应生成水使溶液的pH 发生变化。因此，可通过滴定曲线上的突跃点来确定滴定终点。本次研究主要采用手持技术仪器( 主要包括数据采集器与pH传感器) ，通过计算机处理数据，为学生深刻理解中和滴定提供了技术条件，让学生更好的理解中和滴定的实质是H++ OH－= H2O。向酸( 或碱) 溶液中滴加碱( 或酸) 溶液，混合溶液pH 必然会发生变化。使用pH 传感器检测混合溶液在滴定过程中pH 的变化情况，并借助计算机以图像形式显示出来，即可得到酸碱中和滴定曲线。
本实验操作简便、快捷、准确性高，因此广泛应用于工农业生产和科学研究中，具有很高的使用价值。
【预习指导】
（1）pH计的正确使用与电极保养
目前实验室使用的电极都是复合电极，其优点是使用方便，不受氧化性或还原性物质的影响，且平衡速率较快。使用时，将电极加液口上所套的橡胶套和下端的橡皮套取下，以保持电极内氯化钾溶液的液压差。
（2）pH计的校准
尽管pH计种类很多，但其校准方法均采用两点校准法，即选择两种标准缓冲液，一种是pH=7的标准缓冲液，第二种是pH=9的标准缓冲液或pH=4的标准缓冲液。
（3）PHS-3C型pH计的使用方法
由主机、复合电极组成，主机上有四个旋钮，它们分别是：选择、温度、斜率和定位旋钮。安装好仪器、电极，打开仪器后部的电源开关，预热半小时。
（4）pH滴定
在开始滴定时和达到滴定终点后，由于加入的酸或碱的量不足以导致pH发生较大的变化，所以加入量可以稍大，一般可以达到每次加入4～5 mL。当加入量达到17～18 mL时，每次加入0．5～1 mL，当加入量达到19．5 mL时，每次只加入1滴，当滴加至20 mL左右时，会出现pH的突变。加至20．5 mL时，每次加入0．5～1 mL，当加入量达到22～23 mL 时，每次加入4～5 mL，加入量达到40 mL左右时，可以终止实验。
【实验设计方案】
利用pH传感器和手持技术，研究酸碱中和滴定过程中pH值的变化趋势，从而准确判
断出滴定终点，代替了传统的指示剂判断滴定终点的方法。
1、实验装置图
2、实验仪器及药品
仪器：计算机，数据采集器，pH 传感器，酸式滴定管( 50ml)，磁力搅拌器; 烧杯( 50ml) 药品：盐酸（0.1mol/L）、NaOH溶液（0.1mol/L）
3、实验步骤
a.准确量取20.00ml 0.1mol/L NaOH溶液于50ml烧杯中
b.安装好实验装置（采集率10次/s），开启磁力搅拌器，调节适当的搅拌速度
c.打开数据采集器，将pH传感器连接到数据采集器的端口，然后设置数据采集器，采样样本总数为不连续。
d.打开酸式滴定管，调整适宜的滴定速度，滴定过程要保持匀速。
e.进行测定，得到变化曲线，分析结果
f.而后再进行碱滴酸实验。
【实验结果记录】
通过实验，得到以下曲线，其中横坐标是时间，纵坐标是pH值
酸滴碱传统滴定用去23.20mL,而利用手持技术以接近匀速滴定在418.5s时用去29.2mL，可计算出滴定速度大约为0.070 mL/s,在pH=7时（即317.2s）用去22.13mL。
碱滴酸传统滴定用去17.90mL,而利用手持技术以接近匀速滴定在387.4s时用去29.2mL，可计算出滴定速度大约为0.075 mL/s,在pH=7时（即259.3s）用去19.54mL。
【结论】
本次实验利用pH传感器，运用手持技术，研究了酸碱中和滴定过程中pH值的变化趋势，从而判断出滴定终点，代替了传统的指示剂判断滴定终点的方法。实验得到的曲线趋势符合滴定的过程，但是突跃变化不够明显，而且得到的滴定终点与理论计算还存在一定的差距。
【实验评价】
（1）评价学生实验准备。学生在实施本实验之前，应当反复练习酸式滴定管和碱式滴定管的使用，熟练各种滴定管调节液面的方法和“半滴操作”，熟悉pH计的使用方法。
（2）评价学生实验操作。实验中受到仪器、温度等影响，很难达到理想的数据曲线状况，甚至不会出现pH的突变，只能得到斜率较大的曲线。由于溶液体积的变化，滴定至40 mL 左右时，pH不会达到1或13，pH应当在1．5或12．5左右。评价学生实验效果不能仅仅考虑酸碱滴定曲线是否成功，而应当评价学生实验中的态度与操作。
（3）学生实验后的自我评价。学生评价实验过程中的问题及处理方法，探讨如何改进实验过程，取得最佳实验效果。
【实验最大收获】
通过本次实验，初步学会了使用pH传感器绘制酸碱中和滴定曲线，进一步认识酸碱滴定的“突跃”的存在，加深理解利用手持技术进行实验对中学教学功能。本次实验的关键是要控制滴定的速度，刚开始的时候可以比较快的速度滴入，在接近突跃的时候要一滴一滴慢慢滴入，否则会对作出的曲线有很大的影响。
【教学过程】
（引入）我们已经学习过酸碱中和滴定的实验，它的定义和原理是什么？
（投影）
（过渡）同时我们也感受到了它的曲线变化
（投影）中和滴定曲线
（设问）1、A、B、C三点的意义。
2、突变范围
（教师）这是酸滴定碱的图像，若是碱滴定酸的图像会是怎样呢？
（投影）这个曲线看上去很美，那么我们实际操作所得到的曲线能否与它媲美呢？为了更加高效快捷的得到滴定曲线，今天我们采用数字化实验仪器，来代替传统的手工绘制。下面让我们走进17中学的数字化实验室，去体验高科技带给我们的便捷。
（学生实验）教师指出实验注意事项：
1、酸碱滴定管在使用前必须先检漏，然后水洗，再用待装液润洗。
2、滴定管必须对准PH传感器的中心。
3、滴定速度刚开始可以适当快点，快到突跃点时不能过快，应一滴一滴地加。
4、液面应完全浸没PH电极，如果液面太低，应加入适量蒸馏水
5、滴定过程中锥形瓶应尽量不要碰到滴定管
实验步骤：
1、连接系统及实验装置，并用标准溶液校正pH传感器
2、水洗并润洗滴定管，装入0.1mol/L HCl溶液，用碱式滴定管量取一定量的NaOH溶液
放入烧杯中。
3、按照PH计使用说明校准PH计，将电极插入待滴定的NaOH溶液中，准备滴定
4、用酸式滴定管逐渐向盛有NaOH溶液的烧杯中滴加HCl溶液，每加入一定量，小心摇动均匀。
5、当到达终点发生pH突变后，继续小心滴加碱液，间隔要小，随着pH趋于平缓间隔可逐渐增大，过终点后再继续滴几毫升碱液即可。
6、在数字实验室程序中，用pH对滴定体积进行描点绘图，用光滑曲线连接成中和滴定曲线，指出突变范围和滴定终点。
（结束）学生展示“实验结果”，谈谈实验的感受。
（教师总结）以前我们是用坐标纸一个点一个点的手绘图像，很麻烦。如今有了高科技的数字化仪器，确实给我们带来了很大的方便。所以我们要努力学习，让我们的科技更加发达，人们的学习、工作、生活更加便利。
【板书设计】
酸碱中和滴定曲线的绘制
一、实验用品
仪器：计算机，数据采集器，pH 传感器，酸式滴定管( 50ml)，磁力搅拌器; 烧杯( 50ml)
药品：盐酸（0.1mol/L）、NaOH溶液（0.1mol/L）
二、实验步骤（略）
三、注意事项（略）