化学数字化实验.docx

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化学数字化实验

化学DIS探究实验指南

南京师范大学

第一部分教材实验

实验01中和反应中和热现象

（人教版必修2第二章第一节P30页实验2-3）

实验02原电池中能量的变化

（人教版必修2第二章第二节P40-41页实验2-4）

实验03探究温度、催化剂对过氧化氢的分解速率的影响

（人教版必修2第二章第三节P48页实验2-5实验2-6）（选修4P22）

实验04污水处理---电浮选凝聚法

（人教版选修6实验化学P10实验1-3）

实验05渗析分离实验（人教版选修6实验化学P17）

实验06海水的蒸馏（人教版选修6实验化学18-19实验2-2）

实验07氢氧化铝的制备实验（人教版选修6实验化学P28实验2-6）

实验08酸碱中和滴定（人教版选修6实验化学P41）

实验09酸碱滴定曲线的测绘（以及应用传感和数码技术研究酸碱滴定过程）（人教版选修6实验化学P49实验3-4）

实验10比色法测定抗贫血药物中铁的含量

（人教版选修6实验化学P52实验3-5）

实验11食醋中总酸量的测定

（人教版选修6实验化学P53实验3-6）

实验12纯净物与混合物性质的比较

（人教版选修6实验化学P57实验4-1）

实验13饮料的研究1饮料的PH值或酸性

（人教版选修6实验化学P62实验4-4）

实验14食物的酸碱度测定

（人教版选修1化学与生活P30）（PH）

实验15合成氨的反应原理

（人教版选修2化学与技术P10）（ph）

实验16电解氯化钠、氯化铝溶液

（人教版选修2化学与技术P33）

实验17中和反应反应热的测定（人教版选修4化学反应原理P5）

实验18比较不同盐溶液的PH值（人教版选修4P54）

实验19锌铜原电池实验1（电流）（人教版选修4P71）

实验20锌铜原电池实验2（电压）（人教版选修4P71）

实验21电镀铜

第二部分探究实验

实验22收集不同的雨水，测其pH（人教版必修2P101）

实验23探究市售食盐中是否含有碘元素

实验24尝试用不同的方法对物质进行分离

实验25证明某些化学反应的可逆性（人教版必修2P51）

实验26土壤的酸碱度测定

实验27盐类的水解（人教版选修4第三章P54）

实验28探究硫酸铝水解的条件（人教版选修4第三章）

实验29物质在溶解过程中的温度变化（人教版选修4第一章）

实验30探究不同光强对浓硝酸分解的影响（人教版选修4第一章）

实验31酶的催化作用

实验32蛋白质的变性、

实验33比较电解质溶液的导电能力

实验34不同岩石的抗腐蚀能力

实验35测试鱼肉新鲜度实验

实验36探究高热量食品的热值

实验37测定不同环境空气中O2、CO2的含量

实验38水质分析及水体富营养化的探究

实验39温度对水中溶解氧的影响

实验40日常家用品的酸碱性（酱油柠檬汁洗洁精……）（国外实验）

实验01中和反应中和热现象

（人教版必修2第二章第一节P30页实验2-3）

背景资料：

物质内部蕴含着大量的能量。

伴随着化学反应的进行，物质内部旧化学键的破坏和新化学键的形成会以热和功的形式与环境进行能量交换，而其中多以热的形式进行。

化学反应所释放的能量是现代工业能量的主要来源之一。

反应条件不同，化学反应的热力学和动力学都将可能发生改变，反应热也会呈现多种不同的形式。

酸碱中和反应是瞬间进行的反应，带来热量的变化，即所谓的中和热。

实验目的：

了解酸碱中和反应这一类重要的化学反应是吸热反应还是放热反应。

实验原理：

H++OH-=H2O

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，温度传感器；图2-1实验装置图

辅材：

CJJ78-1型恒温磁力加热搅拌器，50mL烧杯、20ML量筒。

药品：

2mol/L氢氧化钠标准溶液、2mol/L盐酸标准溶液。

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将pH传感器，温度传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2.量取20mL2mol/L的盐酸，将温度传感器放入放入烧杯中，打开磁力搅拌器开始搅拌。

3.另用量筒量取20mL2mol/L氢氧化钠溶液。

4.点击软件操作界面的开始按钮开始温度测量，然后将氢氧化钠溶液缓缓倾入烧杯中。

分析界面就会记录实时的温度情况。

5.待倾倒完毕后，点击操作界面上的结束按钮。

就可以得到中和过程中的实验数据以及温度时间变化曲线。

6.保存数据和曲线图像。

实验数据分析及结论：

图2-2反应过程中PH以及温度变化曲线

（蓝线为温度、红线为PH）

探究建议：

1.不同浓度的酸碱中和反应放出的热量是否相同；

2.中和热是否与酸碱的强度有关；

3.中和热的定义与物质的那个物理量直接联系；

4.尝试设计出更简易、更合理的装置。

安全提示：

酸碱液稀释的过程中，要注意安全，浓酸浓碱都有较强的腐蚀性，取用要小心。

实验02原电池中能量的变化

（人教版必修2第二章第二节P40-41页实验2-4）

背景资料：

原电池是把化学能转变为电能的装置。

即化学能的载体化学物质的减少带来电能的增加，可以认为是化学能转变为电能是物质与能量的转化。

那么形成原电池的条件是什么？

其能量是如何变化的？

实验目的：

1.理解原电池原理

2.探究电化学腐蚀的原因图2-3实验装置图

实验原理：

锌片Zn-2e=Zn2+

铜片2H++2e=H2↑

总反应式Zn+2H+=Zn2++H2↑

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，微电流传感器、pH传感器；

辅材：

烧杯、蒸馏水洗瓶、导线、不同的金属材料、标准溶液、滤纸；

药品：

一定浓度的硫酸

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将微电流传感器、pH传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2.pH传感器标定和实验数据显示方式的设定（见使用说明）

pH传感器只有经过标定和补偿才能采集正确的数值。

一般选择两点标定法，实验前首先必须准备pH值为4.00和9.18的标准溶液。

实验数据显示方式设为数字方式。

3.实验操作

3.1取金属铜片和金属锌片作为电极材料，稀硫酸作为电解液，构建成铜锌原电池。

将微电流传感器与两电极相连接。

3.2点击主界面中的“开始”，将微电流传感器与两电极相连接。

同时将pH传感器电极放入电解液中，测定两极的酸碱性变化，测定原电池的电流变化。

进行数据采集。

点击主界面中的“结束”，结束数据采集。

3.3根据测得的数据进行分析，得出结论。

实验结果与分析：

图2-4正极的PH变化

图2-5负极的PH

图2-6反应后溶液的PH

图2-7反应中电流变化

从上面的实验及数据可看出，与原始溶液的pH值（0.71）相比，（+）极的溶液的pH值（1.96）变大；由于（+）极发生还原反应局部的H+浓度减小，OH-浓度相对变大。

（-）极的溶液的pH值（0.73）变化甚小。

反应结束后溶液的pH值（1.26）变大。

是由于Zn+2H+=Zn2++H2↑。

电流从4.01μA变化减至3.66μA。

是由于随着反应进行硫酸的浓度减小的原因。

探究建议：

1.探究将电极直接相连是否有电流通过？

2.原电池是如何实现能量的变化的？

3.原电池两极pH的变化如何？

4.埋在地下的钢铁管道容易腐蚀而损坏，其原因在哪里？

应采取何种措施保护埋在地下的管道？

5.对于电池家族你的了解有多少？

为什么要回收废旧电池？

安全提示：

浓硫酸具有强的腐蚀性，硫酸的制备稀释过程要符合实验规范，确保安全。

实验03探究温度、催化剂对过氧化氢的分解速率的影响

（人教版必修2第二章第三节P48页实验2-5实验2-6）（选修4P22）

背景资料：

在化学反应中，温度、浓度、压强、催化剂等外界条件的改变会改变反应速率。

我们对其理解也仅仅是停留在此，如果将这个过程的变化与定量的数据联系起来，我们将会更加清晰明了地看到这个过程的变化，与其对反应速率的影响大小。

实验目的：

该实验旨在通过测定氧气在有无催化剂、是否有温度变化条件下的单位时间内体积数的变化，从另一个角度分析催化剂等外界条件在过氧化氢分解反应过程中的影响。

实验原理：

H2O2在催化剂、加热、光照等条件下易分解生成H2O和O2，见下式：

2H2O2=2H2O+O2↑（反应条件略）图2-8实验装置图一

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，压强传感器；

辅材：

铁架台一套（配复夹，完用夹），10mL量筒，250mL蒸馏烧瓶，滴管，橡皮塞（橡皮塞大小与蒸馏烧瓶瓶口一致，上面钻一个小孔，用来插入滴管），1000mL烧杯；

药品：

5%的过氧化氢溶液，MnO2，1mol/L,FeCl3溶液，

实验设计：

图2-9实验装置图二

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将压强传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2.实验数据显示方式的设定及参数设置（见使用说明）

实验数据显示方式设定为图形方式必须参数设置。

3.实验操作

3.1连接好2套催化反应实验装置。

向蒸馏烧瓶中分别装入8mL5%H2O2溶液塞上橡皮塞；

3.2用滴管吸取1mol/L,FeCl3溶液，然后将其插入橡皮塞（预先已打好孔）；待烧瓶中均有适量气泡出现时，将其中一个烧瓶放入盛有40℃左右热水的烧杯中，另一根放在环境中（如果是天气比较炎热的季节，则放入5℃水中）

3.3点击主界面中的“开始”，同时向蒸馏烧瓶中滴加1mol/L,FeCl3溶液，进行数据采集，分析界面将会根据设置记录下实验过程中体积值，待数据稳定后，点击主界面中的“结束”，结束数据采集；

3.4连接好催化反应实验装置。

向蒸馏烧瓶中注入5%H2O2溶液及少量的结晶MnO2,塞上橡皮塞；

3.5另一烧瓶，用滴管吸取1mol/L,FeCl3溶液，然后将其插入橡皮塞（预先已打好孔）；（过程同3.2-3.3）

3.6点击主界面中的“开始”，进行数据采集，分析界面将会根据设置记录下实验过程中体积值，待数据稳定后，点击主界面中的“结束”，结束数据采集；

实验结果与分析：

图2-10压强-t变化曲线

（一）图2-11压强-t变化曲线

（二）

由上面实验及数据可以看出：

MnO2催化剂对H2O2分解速率的影响比水浴加热大。

O2分压压强变化大小分别是（131.10-103.77=27.33KPa）见左图和（105.75-100.60=5.15KPa）见右图，前者大于后者，而且到达化学平衡的时间短。

毋庸讳言，催化剂在现代工业中的作用是不可替代的。

工业上的许多重要的反应是多相催化反应即催化剂是固态物质，反应物是气态或液态。

催化剂之所以能加快反应速率，是由于减低了反应的活化能，改变了反应历程的缘故。

在有催化剂存在的条件下，化学反应沿着活化能较低的新途径进行，从而提高了反应速率。

探究建议：

1.生的马铃薯和熟的马铃薯加入到过氧化氢溶液中所产生的影响是否相同？

实验04污水处理---电浮选凝聚法

（人教版选修6实验化学P10实验1-3）

背景资料：

电浮选凝聚法是工业上采用的一种污水处理方法。

图1-6（人教版选修6P10）是电解污水实验装置示意图。

使用本方法的缺点是电能消耗较高。

实验目的：

1.了解电浮法处理污水的原理及装置。

2.培养保护环境的意识。

实验原理：

图2-12实验装置图

装置接通电源后，与直流电源正极相连的阳极铁失去电子生成Fe2+,进一步被氧化，并形成Fe（OH）3沉淀，Fe（OH）3有吸附性，可吸附污物而沉积下来，具有净化作用；与直流电源负极相连的阴极产生H2，气泡把污水中的悬浮物带到水面形成浮渣层，积累到一定厚度时刮去浮渣层，即起到浮选净化的作用。

其反应可表示为：

阳极：

Fe—2e-=Fe2+

2H2O-4e-=4H++O2↑

4Fe2++10H2O+O2=4Fe（OH）3↓+8H+

阴极：

2H++2e-=H2↑

若污水导电性不良时，可加入适量的硫酸钠溶液。

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，pH传感器，电流传感器

辅材：

污水、盐酸、氢氧化钠溶液、硫酸钠溶液。

烧杯、铝片、铁片、直流电源、导线。

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将pH传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2.在100mL烧杯中加入80mL污水，将PH传感器电流传感器连接完毕，PH传感器探头放入烧杯中，打开软件操作界面，选择窗口显示方式为数字方式。

点击开始，屏幕上显示数字为污水的PH值，通过加入，盐酸和氢氧化钠来调节PH值使其PH值处于5-6之间。

点击结束按钮。

将窗口显示方式设为数字方式。

3.平行悬置2个电极（铝片做阴极，铁片做阳极）将电流传感器夹子与导线连接，接通直流电源，观察电流变化，以及电极上气泡的变化。

电解一段时间后，污水表面逐渐形成一层浮渣，而在烧杯底部也聚积着一层沉渣。

4.点击结束按钮观察电流是否有变化。

实验结果与分析：

反应开始和反应过一段时间后产生的现象？

以及电流值的变化。

见下表。

表2-1电流变化以及实验现象

电流值

现象

电解开始时

460毫安

有颜色浊液

电解结束时

328毫安

污水表面逐渐形成一层浮渣，而在烧杯底部也聚积着一层沉渣，中间层无色透明。

实验05渗析分离实验

（人教版选修6实验化学P17）

背景资料：

有选择性地让某些物质通过的膜叫半透膜。

利用半透膜的性质，我们可以分离大分子与小分子组成的混合物，这种分离方法称为渗析。

实验目的：

了解半透膜的特性，以及渗析分离的原理。

实验原理：

利用半透膜可以达到分离、提纯某些物质的目的。

选用一个孔径较小的半透膜，只有小分子或离子才能通过，而胶粒或者其他大分子不能通过。

利用半透膜的性质，我们可以分离大分子与小分子组成的混合物。

2-13实验装置图

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，电导率传感器。

辅材：

烧杯、淀粉胶体、氯化钠、蒸馏水、玻璃棒、半透膜、细线、硝酸银溶液、淀粉。

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将电导率传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2.把10毫升淀粉胶体和5毫升氯化钠溶液的混合溶液，加入用半透膜制成的袋内，将此袋浸入蒸馏水中。

3.将电导率传感器在空气中标定，放入烧杯中，打开采集器电源，选择画图方式。

观察水中电导率变化。

4.取烧杯中的少量液体分置于两支试管中，向2支试管里分别滴加硝酸银溶液和碘水。

观察现象。

实验结果与分析：

表2-2实验结果

烧杯中的水

电导率

碘水

硝酸银

反应前

8

无变化

无变化

反应后

135.87

无变化

白色沉淀

根据电导率变化可以看出，有离子通过半透膜进入烧杯中，通过滴加碘溶液不变蓝可以检测出烧杯中没有淀粉胶体，通过硝酸银可以确定溶液中的离子中含有氯离子。

实验06海水的蒸馏

（人教版选修6实验化学18-19实验2-2）

背景资料：

淡水资源紧缺时人类面临的严重问题。

目前，中国有几百个城市缺水，而海水淡化是解决中国沿海地区淡水严重短缺的有效途径之一。

实验目的：

1.了解蒸馏操作的原理。

2.掌握蒸馏分离混合物的方法。

实验原理：

海水的化学成分复杂，含有较多的盐类，图2-14实验装置

如氯化钠、氯化钾等，通过电导率传感器测量其电导率。

通过蒸馏方法可以将海水淡化，测量蒸馏水的电导率可以知道蒸馏提纯的效果。

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，电导率传感器；

辅材：

CJJ78-1型恒温磁力加热搅拌器，100毫升蒸馏烧瓶、锥形瓶、冷凝管、100毫升量筒、沸石、铁架台、石棉网、酒精灯；

药品：

人造海水（实验室配置好的含氯化钠、氯化钾、氯化镁等盐的溶液。

）

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将电导率传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接（见使用说明）。

2电传感器标定和实验数据显示方式设定（见使用说明）

3.实验操作：

3.1标定和参数设定结束，将电导率传感器插入待测液中，测出海水的电导率。

3.2蒸馏，在100毫升蒸馏瓶中加入50毫升海水，加入几粒沸石，以防止加热时暴沸。

3.3连接好蒸馏装置，在冷凝管中通入冷水。

3.4小心加热，观察蒸馏烧瓶中发生的现象。

待收集到10毫升的蒸馏水时，即停止加热，稍后关闭冷凝水。

3.5用将电导率传感器，放入蒸馏水中，测得蒸馏水的电导率值，与海水比较。

实验结果与分析：

表2-3海水蒸馏前后的电导率对比

模拟海水

电导率

结论

蒸馏前

388.36

离子含量非常高

蒸馏后

3.26

几乎无离子（溶解空气中二氧化碳）

实验07氢氧化铝的制备实验

（人教版选修6实验化学P28实验2-6）

背景资料：

实验室如何制取氢氧化铝？

制取氢氧化铝对所用碱的pH有什么限定？

用pH范围内的强碱代替是否可以？

实验目的：

探究氢氧化铝的pH及制取氢氧化铝的pH要求

实验原理：

Al3++3OH-=Al（OH）3↓,Al（OH）3+OH-=Al（OH）4-,Al（OH）4-+H+=Al（OH）3↓+H2O,Al（OH）3＋3H+=Al3+＋3H2O图2-15实验装置

实验装备：

仪器：

装有Windows2000以上操作系统的PC，师大教育数字化信息系统实验室软件，师大教育数字化信息系统实验室数据采集器，pH传感器；

辅材：

试管、玻棒、烧杯、滴管；

药品：

0.1mol/LAlCl3溶液、不同浓度的氨水、不同浓度NaOH溶液、

不同浓度盐酸溶液。

实验设计：

1.计算机、采集器及传感器的连接

接通采集器电源，用计算机通讯线将采集器与计算机连接好，然后用传感器数据线将pH传感器连接到采集器上，打开采集器电源，采集器屏幕显示单机工作模式、联机工作模式，摁采集器键盘的“↓”，“E”即进入联机工作模式。

采集器的操作基本结束，下面的操作都是在计算机上进行。

点击进入师大教育数字化信息系统实验室软件，点击右下角的“进入”，即完成计算机、采集器及传感器的连接。

2.pH传感器标定和显示方式的设定

pH传感器只有经过标定和补偿才能采集正确的数值。

一般选择两点标定法，实验前首先必须准备pH值为4.00和9.18的标准溶液。

将实验数据显示方式设为数字方式。

3.实验操作

3.1配制0.1mol/LAlCl3溶液、不同浓度的氨水、不同浓度NaOH溶液、不同浓度盐酸溶液。

3.2将pH传感器电极插入0.1mol/LAlCl3溶液，在其中加入一定浓度的氨水，同时点击主界面中的“开始”，进行数据采集，待数据稳定后，沉淀完全后，点击主界面中的“结束”，结束采集结束数据采集。

3.3在生成的Al（OH）3滴加强碱氢氧化钠溶液，将pH传感器电极插入其中，同时点击主界面中的“开始”，进行数据采集，观察发生的现象。

沉淀开始溶解时，点击主界面中的“结束”，结束采集结束数据采集。

3.4在3.3步骤中的溶液中滴加盐酸，将pH传感器电极插入其中，同时点击主界面中的“开始”，进行数据采集，观察发生的现象。

出现沉淀时，点击主界面中的“结束”，结束采集结束数据采集；沉淀溶解时点击主界面中的“结束”，结束采集结束数据采集。

实验结果与分析：

氢氧化铝是两性的：

Al（OH）3Al3++3OH-K=5.1×10-33，

Al（OH）3AlO2-+H++H2OK=4.0×10-13

已经研究证明AlO2-是以Al（OH）4-存在。

氢氧化铝溶于酸生成铝盐，溶于碱生成铝酸盐,铝酸盐溶于酸生成氢氧化铝

Al（OH）3＋3H+=Al3+＋3H2O,Al（OH）3＋OH-=Al（OH）4-,Al（OH）4-+H+=Al（OH）3↓+H2O

Al（OH）3的pH=6.12；pH﹥12.03时氢氧化铝溶于碱生成铝酸盐，pH﹤3.24时氢氧化铝溶于酸生成铝盐；在铝酸盐滴加盐酸pH﹥3.98时出现沉淀。

探究建议：

图2-16实验数据

1.天然水中的细小悬浮物，特别是胶体微粒，是使水浑浊的主要根源；同时，它们又难以用自然沉淀的方法加以去除。

因此，需加混凝剂进行混凝沉淀。

硫酸铝就是其中的一种，