ZFT化学传感器实验手册高中Word文档格式.docx

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通过使用pH传感器测量并比较相同浓度下几种强碱弱酸盐（强酸弱碱盐）的pH值。

强酸弱碱盐在水中只有电离，没有水解。

强碱弱酸盐（或强酸弱碱盐）在水中完全电离。

电离出的弱酸根（或弱碱根）发生水解，溶液显碱性（或酸性）。

如CH3COONa，离子方程式：

CH3COO-+H2O==CH3COOH+OH-。

由于不同的强碱弱酸盐水解程度不同，所以溶液显现的酸碱性不同。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、pH传感器、计算机、蒸馏水、50ml烧杯、滤纸、0.1mol/LNaCl、0.1mol/LCH3COONa、0.1mol/LNaCO3、0.1mol/LNaHCO3溶液。

1、预先配制0.1mol/LNaCl、0.1mol/LCH3COONa、0.1mol/LNa2CO3、0.1mol/LNaHCO3溶液。

2、连接计算机、LABPORT数据采集器及pH传感器（含电极）。

图2-1

3、打开LabStudio系统软件，系统自动识别所接入的传感器，并显示pH值。

4、用蒸馏水淋洗pH传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水，向50ml烧杯中加入约20ml0.1mol/LNaCl。

5、将pH传感器电极放入烧杯中，使电极玻璃泡完全浸入液面以下（图2-1）。

待pH值示数稳定后（约30s的电极响应时间），即为0.1mol/LNaCl的pH值。

6、依次向烧杯中加入0.1mol/LCH3COONa、0.1mol/LNa2CO3、0.1mol/LNaHCO3溶液。

重复实验步骤4、5即可得到相应溶液的pH值。

在相同浓度（0.1mol/L）下几种溶液pH值的比较；

CH3COONa〉Na2CO3〉NaHCO3〉NaCl=7。

实验三乙酸电离平衡常数的测定

通过使用pH传感器测量出乙酸的pH值，计算出不同浓度的地理平衡常数。

在乙酸CH3COOH溶液中，存在电离平衡：

CH3COOH==H++CH3COO-、H2O==H++OH-，由于水的电离很小，故溶液中H+和CH3COO-的离子浓度近似相等，利用公式ka=[H+][CH3COO-]/[CH3COOH]，可计算CH3COOH电离平衡常数ka。

●实验仪器和数据分析

1、预先配制0.01mol/LCH3COOH、0.03mol/LCH3COOH、0.05mol/LCH3COOH、0.07mol/LCH3COOH、0.1mol/LCH3COOH溶液。

2、连接计算机、数据采集器及pH传感器，并将pH传感器电极连接在传感器上。

图3-1

3、打开计算机，浸入V6.5实验软件系统。

点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器，并显示pH值窗口。

4、打开“计算表格”，添加变量“C”代表CH3COOH溶液的浓度，自定义公式

“10^（-pH1）”代表氢离子浓度（如图5-1），设置小数点位数为“8”；

自定义公式

“Ka=H^2/（C-H）”代表乙酸电离平衡常数，设置小数点位数为“8”；

选择“平铺窗口”。

5、用蒸馏水淋洗pH传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水。

向50ml烧杯中加入约20ml0.01mol/LCH3COOH。

6、将pH传感器电极放入烧杯中，使电极玻璃泡完全浸入液面以下（图3-1）。

待pH值示数稳定后（约30s的电极响应时间），系统自动显示0.01mol/LCH3COOH的pH值。

7、点击“记录”后，将响应的浓度输入表格，即可计算出0.01mol/LCH3COOH的电离平衡常数。

8、依次向烧杯中加入0.03mol/LCH3COOH、0.05mol/LCH3COOH、0.07mol/LCH3COOH、0.1mol/LCH3COOH溶液。

重复实验步骤4-7即可得到相应浓度CH3COOH溶液的电离平衡常数。

●实验结论

在稳定恒定、物质的量浓度较小时，浓度不同的同一物质，其电离平衡常数恒定不变。

实验四浓度对溶液导电能力的影响

4-1浓度对强电解质溶液导电能力的影响

通过测量不同浓度同一强电解质的电导率，分析浓度对其溶液导电能力的影响。

强电解质在水中完全电离，如NaCl=Na++Cl-。

NaCl的导电能力（离子浓度）只与NaCl的物质的量浓度和温度有关。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、电导率传感器、计算机、蒸馏水、50ml烧杯、滤纸、0.01mol/LNaCl、0.03mol/LNaCl、0.05mol/LNaCl、0.07mol/LNaCl、0.1mol/LNaCl溶液。

1、预先配制0.01mol/LNaCl、0.03mol/LNaCl、0.05mol/LNaCl、0.07mol/LNaCl、0.1mol/LNaCl溶液。

2、连接计算机、数据采集器及电导率传感器（含电极）。

打开计算机，进入LabStudio实验软件系统。

点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器，并显示电导率值。

3、打开“计算表格”，添加变量“C”代表NaCl溶液的浓度，选择“平铺窗口”。

4、用蒸馏水淋洗电导率传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水。

向50ml烧杯中加入约20ml0.1mol/LNaCl。

将电导率传感器电极放入烧杯中，使电极玻璃环完全浸入液面以下图4-1-1。

待电导率数值示数稳定后，系统将自动显示0.01mol/LNaCl的电导率。

“点击记录”后将响应的浓度输入表格。

图4-1-1

5、依次向烧杯中加入0.03mol/LNaCl、0.05mol/LNaCl、0.07mol/LNaCl、0.1mol/LNaCl溶液。

。

重复实验步骤4即可得到相应浓度NaCl溶液的电导率数值。

6、点击“绘图”，设定x轴、y轴分别为“C”、“k”，得出一组“C-k”数据点。

选择适当区域，点击“拟合”中的“线性组合”，即可得到NaCl的“C-k”模拟曲线。

4-2浓度对弱电解质溶液导电能力的影响

通过测量不同浓度同一弱电解质的电导率，分析浓度对其溶液导电能力的影响。

弱电解质在水中部分电离，如CH3COOH==H++CH3COO-。

CH3COOH的导电能力（离子浓度）与CH3COOH的物质的量浓度、CH3COOH电离平衡常数有关。

在温度不变的条件下，CH3COOH的电离平衡常数为一定值。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、电导率传感器、计算机、蒸馏水、50ml烧杯、滤纸、0.01mol/LCH3COOH、0.03mol/LCH3COOH、0.05mol/LCH3COOH、0.07mol/LCH3COOH、0.1mol/LCH3COOH溶液。

打开计算机，进入V6.5实验软件系统。

3、用蒸馏水淋洗电导率传感器电极，并用滤纸吸干附着在电极上的水。

向50ml烧杯中加入约20ml0.1mol/LCH3COOH。

4、打开“计算表格”，添加变量“C”代表CH3COOH溶液的浓度，选择“平铺窗口”。

将电导率传感器电极放入烧杯中，使玻璃环完全浸入液面以下（图4-2-1）待电导率值示数稳定后，系统将自动显示0.01mol/LCH3COOH的电导率值。

“点击记录”后将相应的浓度输入表格。

图4-2-1

5、依次向烧杯中加入0.03mol/LCH3COOH、0.05mol/LCH3COOH、0.07mol/LCH3COOH、0.1mol/LCH3COOH溶液。

重复实验步骤4、5即可得到相应浓度CH3COOH溶液的电导率值。

选择适当区域，点击“拟合”中的“线性拟合”，即可得到CH3COOH的“C-k”拟合曲线。

在温度恒定、物质的量浓度较小时，浓度不同的同一物质，其浓度与电离出的离子浓度成线性关系。

实验五复分解反应（离子反应）的实质研究

通过测量复分解反应过程中电导率的变化，探究离子反应的实质。

●实验原理

NaOH在水中发生电离NaOH=Na++OH-，HCl在水中也发生电离HCl=H++Cl-。

两者混合发生反应：

NaOH=NaCl+H2O，其离子反应方程式为H++OH-=H2O。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、电导率传感器、计算机、蒸馏水、滤纸、100ml烧杯、磁力搅拌器、铁架台、0.05mol/LNaOH溶液、0.05mol/LHCl溶液

1、安装滴定台，用移液管移取20ml0.05mol/LNaOH溶液至一只100ml烧杯中，放入搅拌磁子后置于磁力搅拌器上。

打开磁力搅拌器，将电导率传感器放入盛有NaOH溶液的烧杯中，使玻璃环完全浸入液面以下，且不能与磁力搅拌子碰撞。

打开计算机，浸入V6.5实验软件系统。

3、打开“组合图线”，添加“t-k”图线。

迅速将20ml0.05mol/LHCl溶液加入烧杯中。

系统将自动记录混合溶液的电导率k随时间t的变化（图5-1）。

图5-1

实验六温度对乙醇电离平衡的影响

实验温度对乙醇电离平衡的影响。

在乙醇溶液中，存在电离平衡：

CH3COOH==H++CH3COO-。

温度升高，电离度a变大，电离平衡向右移动，CH3COO-和H+的浓度变大。

当溶液中溶质的物质的量不变时，其电离度越大，溶液中含有的自由离子越多。

在一定浓度变化范围内（非过度稀释），离子浓度会增大，溶液的导电能力会增强。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、电导率传感器、温度传感器、铁架台、铁圈、铁夹、石棉网、酒精灯、烧杯、1mol/LCH3COOH、蒸馏水。

1、如图6-1搭建实验装置。

图6-1

2、连接计算机、数据采集器及电导率传感器，并将电导率传感器电极连接在传感器上。

点击“通用软件”，字体自动识别所接入的传感器，并显示电导率值窗口。

3、打开“组合图线”，添加“温度-电导率”曲线。

4、向烧杯内加入适量1mol/LCH3COOH，点燃酒精灯，点击“开始”记录。

观察实验现象。

乙醇的电导率随温度的升高而变大（如图6-2）。

图6-2

随着温度升高，乙醇溶液的导电率变大，离子浓度变大，电离度a变大，电离平衡向右移动。

注意：

如要得到更为准确的数值，建议该实验前先用蒸馏水做对比实验。

实验七冰醋酸稀释过程中离子浓度的变化

通过实验掌握冰醋酸稀释过程中浓度的变化规律，并确定冰醋酸稀释过程中离子浓度的最大值。

在冰醋酸稀释过程中，影响离子浓度的因素有：

一、随着水的加入，乙酸的浓度会变小，乙酸的电离程度变大，电离出的H+和CH3COO-浓度变大；

二、随着水的加入，乙酸溶液中H+和CH3COO-浓度变小。

LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、电导率传感器、计算机、蒸馏水、滤纸、100ml量筒、稀释池、自动滴液装置、磁力搅拌器、铁架台。

1、确定自动滴液装置的滴速。

将自动滴液瓶中装满水后倒置，打开止水夹时计时开始，当滴加至100ml体积时计时结束，计算自动滴液装置的滴速（2.36ml/L）。

2、如图7-1安装实验装置。

将稀释池置于磁力搅拌器上，加入磁力搅拌子后用铁夹固定。

用移液管准确量取10ml冰醋酸加入到稀释池内。

将电导率传感器电极用铁夹固定后置于稀释池内冰醋酸液面以下，打开磁力搅拌器开关。

将自动滴液装置装满蒸馏水后置于铁圈上。

图7-1

3、连接计算机、数据采集器及电导率传感器（含电极）。

4、打开“计算表格”，选择采集频率为1s。

打开自动滴液装置止水夹的同时，点击“计算表格”中的“开始”。

随着蒸馏水注入稀释池，显示窗口中的电导率数值发生变化。

当稀释池内溶液即将上升到电导率电极黑色部分时关闭止水夹，关闭磁力搅拌器开关。

5、自定义公式“V=（2.376*t+10）/1000”代表CH3COOH溶液的体积，自定义公式“C=（1.049*10/60）/V”，代表稀释过程中CH3COOH溶液的浓度（1.049为分析纯冰醋酸20℃时的密度）。

6、点击“绘图”，设定x轴、y轴分别为“V”、“K”，得出一组“V-K”数据点。

点击“设置”，取消“只画离散点”，即得到冰醋酸稀释过程浓度的变化曲线（图7-2）。

选取图线峰值处求平均，即可得到冰醋酸稀释过程中离子浓度由小到大时乙酸浓度值。

图7-2

实验八吸热反应与放热反应

掌握吸热和放热反应的表征和本质。

氢氧化钡晶体和氯化铵晶体在烧杯中混合后,就会发生吸热反应。

反应中NH3将会释放出来,它的强烈刺激性气体令它能很快被辨别出来,烧杯摸起来会非常凉,烧杯外会出现水雾.如果把烧杯放到一块涂有薄层水的木板上,木板和锥形瓶将会牢牢地黏合在一起。

在这个实验中,重要的是我们将跟踪这两种固体混合后温度的变化。

同时我们还将跟踪镁粉和盐酸反应之间的温度变化。

计算机、温度传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、烧杯、试管、铁架台、玻璃棒、氢氧化钡晶体、氯化铵晶体、稀盐酸、镁粉。

1、将温度传感器通过LABPORT数据采集器连接到电脑。

2、搭建好实验装置，打开LabStudio系统软件，系统自动识别所连接上的传感器，在“实验配置”—“采集参数”下设定采集频率为100点/秒，时间不限定，然后单击“确定”。

3、向试管中加入10ml的稀盐酸（保证能将温度传感器探头浸入），并将温度传感器探头放入试管中，然后加入1克镁粉，点击“开始”，采集一段时间后，点击“停止”，结果如图（8-1）。

图（8-1）

4、将20gBa（OH）2·

8H2O晶体研细后与约10gNH4Cl晶体一起放在烧杯中，并将烧杯放在滴有几滴水的玻璃片或小木板上，然后将温度传感器探头浸入溶液中，用玻璃棒迅速搅拌，利用温度传感器关注反应的温度变化情况,结果如图（8-2）。

图（8-2）

5、分析实验图像，区分两个化学反应的区别。

实验九中和热的测定

测定强酸与强碱反应的反应热，体验化学反应的热效应。

利用温度传感器测量强酸与强碱反应过程中温度的变化曲线。

计算机、温度传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、大烧杯、小烧杯、量筒、环形玻璃搅拌棒、泡沫塑料、0.5mol/L盐酸、0.5mol/LNaOH溶液。

1、在大烧杯底垫泡沫塑料（或纸条），使放入的小烧杯杯口与大烧杯杯口相平。

然后再在大、小烧杯之间填满碎泡沫塑料（或纸条），大烧杯上用泡沫塑料板（或硬纸板）作盖板，在板中间开两个小孔，正好使温度计和环形玻璃搅拌棒通过，以达到保温、隔热、减少实验过程中热量损失的目的。

（该实验也可在保温杯中进行）。

2、用一只量筒量取50ml0.5mol/L盐酸，倒入小烧杯中，另外一只量筒量取50ml0.5mol/LNaOH溶液。

3、搭建好实验装置，打开LabStudio系统软件，系统自动识别所连接上的传感器，“实验配置”—“采集参数”下设定采集频率为100点/秒，时间不限定，然后单击“确定”，

将温度传感器和环形玻璃搅拌棒放入小烧杯的盐酸中，如图（9-1）。

图（9-1）

4、将NaOH溶液一次性倒入小烧杯中，点击“开始”，用环形玻璃搅拌棒轻轻搅动溶液，等温度数据基本趋于稳定后点击“停止”。

5、分析实验数据，观察实验结果（图9-2）。

图（9-2）

实验十酒精灯和酒精喷灯火焰温度比较

使用高温传感器探测酒精灯和酒精喷灯各焰区温度。

酒精灯和酒精喷灯各焰区温度由于酒精燃烧程度不同而不同，高温传感器可以便捷地检测其差异。

计算机、高温传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、酒精灯、酒精喷灯。

1、将高温传感器通过LABPORT数据采集器连接到计算机。

2、打开LabStudio系统软件，系统自动识别所连接上的传感器，在“实验配置”—“采集参数”下选择“手动记录”，然后单击“确定”，如图（10-1）。

图（10-1）

3、点燃酒精灯，将高温传感器探头伸到酒精灯外焰区，点击“开始”，等数据基本稳定后，手动点击“记录”，记录当前数据。

4、类似测定酒精灯其它焰区温度以及酒精喷灯各焰区温度，并记录（可以用2个高温探头同时测量）。

5、分析实验数据，对比两者之间的区别，分析原因。

实验十一蜡烛的燃烧

监测蜡烛燃烧过程中氧气和二氧化碳含量的变化，验证燃烧过程中消耗氧气和产生二氧化碳的事实。

蜡烛在空气中燃烧时，与空气中的氧气发生反应生成二氧化碳和水。

计算机、氧气传感器、二氧化碳传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、燃烧瓶、蜡烛、火柴等。

1、将氧气传感器和二氧化碳传感器通过LABPORT数据采集器连接到计算机。

2、打开LabStudio系统软件，系统自动识别所连接上的传感器。

3、将二根蜡烛点燃后放入两个燃烧瓶底部，迅速用氧气传感器和二氧化碳传感器探头上的活塞将燃烧瓶的两个瓶口塞紧，点击“开始”记录数据。

4、在蜡烛熄灭后，等数据基本稳定后，点击“停止”。

5、分析氧气和二氧化碳浓度的变化曲线（图11-1）。

图（11-1）

实验十二日用饮料的PH测量

测量不同日用饮料的PH值。

不同饮料都必须适应人体对PH值得要求，长期饮用过酸或者过碱的饮料不仅可能损伤人体口腔以及消化道，还可能破坏人体酸碱平衡。

因此国家对饮料的PH值有严格限制。

通过PH值传感器可以快速检测日常饮料的PH值，从而对今后的选择提供依据。

计算机、PH值传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、50毫升烧杯、矿泉水、牛奶、纯净水、可乐、酸奶、橙汁、雪碧、冰红茶。

注意点：

为测量所得的数据准确，使用前应对传感器进行清洗，然后校准传感器（校准方法详见实验步骤），校准完以后，再一次清洗擦拭干净，即可使用。

使用时直接将电极插入液体之中，如果往液体中加入了一些溶解物，应当用电极搅拌液体，以便测得的数据准确，使用完后一定要用清水清洗擦洗干净后插入保护液中，以保证使用寿命。

图（12-1）

1、将PH值传感器通过LABPORT数据采集器连接到电脑上。

2、搭建好实验装置，打开LabStudio系统软件，系统自动识别所连接上的传感器，将PH传感器电极固定在铁架台上，使其测量端竖直向下。

3、选择菜单栏在“实验配置”—“采集参数”下选择“手动记录”，然后单击“确定”。

然后对PH值传感器进行“校准”。

（校准：

PH传感器为单点校准，即取已知PH值的标准液（缓冲液）一份，把PH传感器探头放入标准液中，然后点击软件菜单栏中“进行实验——校准”，然后在弹出窗口中的“标准值（校准为）”一栏中填入标准液的PH值，然后点击“确定”完成校准。

）如图（12-2）。

图12-2

4、在“实验配置”—“数据配置”，选择“新增列”，添加数据列“饮料名称”,最后点击“确定”。

在表格新增文本列中分别输入矿泉水、牛奶、纯净水、可乐、酸奶、橙汁、雪碧、冰红茶，设置好模板如图（12-3）所示。

图（12-3）

5、将PH值传感器电极伸入盛矿泉水的烧杯中，点击“开始”，等实时窗口数据稳定后，点击工具栏上“记录”按钮记录此时数据。

清洗PH值探头，按照上述方法再依次测量出其它溶液的PH值，点击“停止”，完成实验。

实验十三雨水的PH值测定

通过测定当地雨水的pH值，确定当地雨水的平均酸度，了解酸雨的危害。

酸雨是指PH值低于5．6的大气降水，能形成酸性降水的物质主要有：

含硫化物、含氮化合物、HCL和氯化物等等。

酸雨对环境以及植物造成的危害很大，通过PH值传感器可以快速检测当地雨水的PH值，及时了解周围环境，从而更好的保护环境，保护大自然。

计算机、PH值传感器、LabStudio系统软件、LABPORT数据采集器、烧杯、待测雨水。

●实验装置图

实验装置图（13-1）

2、如实验装置图连接器材，将PH值传感器电极固定在铁架台上，使其测量端竖直向下。

3、打开LabStudio系统软件，系统自动识别你所连接上的传感器，实验开始前，对PH值传感器进行“校准”。

PH传感器为单点校准，即取已知PH值的标准液（缓冲液）一份，把PH传感器探头放入标准液中，然后点击“校准”，然后在弹出窗口中的“标准值（校准为）”一栏中填入标准液的PH值，然后点击“确定”完成校准。

）图（13-2）。

图（13-2）

4、将PH值传感器电极伸入盛雨水的烧杯中，点击“开始”，进行实验，采集一段时间后，点击“停止”，查看实验数据。

分析讨论当地的雨水PH值。

实验十四二氧化碳在不同酸溶液中的溶解性比较

用二氧化碳传感器比较二氧化碳在自来水、烧碱、盐