《基于手持传感器技术完成中和滴定实验》教学设计

一、教材分析

酸碱中和滴定操作简便、快速，有足够的准确性，因此，该方法在工农业生产和科学研究中被广泛使用。《选修4：化学反应原理》教材先简单解释了什么叫酸碱中和滴定，以及酸碱中和滴定的实用价值。重点讨论了酸碱中和滴定原理：第一，酸碱中和反应的实质，即H⁺ + OH^- = H₂O；第二，酸碱中和滴定的计量依据和计算，具体示例了如何利用关系式C_待测 = （C_标准 V_标准）÷V_待测进行中和滴定的有关计算及计算的格式；第三，如何准确判断中和反应的滴定终点。

但限于学生的知识，教材中没有介绍滴定突变知识，而在学生的观念中酸碱中和到pH = 7才算恰好完全反应，但教材中介绍的指示剂并不适合实验的要求，给学生带来不小的困惑。而指示剂的选择这一难点要获得突破就要理解中和过程中pH存在的突跃。pH的突跃是真实存在的，但如何让学生直观感受到它的存在，是传统教学难以做到的， 所以，本节课在传统的酸碱滴定的基础上，利用手持传感器技术完成中和滴定实验。以标准盐酸滴定未知浓度的NaOH溶液为例，利用手持传感器实时测定酸碱中和滴定中的溶液pH变化，计算机自动绘制滴定曲线，而且连同如何处理实验数据，如何利用测得的实验数据来进行有关的计算等都较详细地介绍给了学生，讨论酸碱指示剂等条件带来的误差。培养了学生严肃认真的科学态度和科学素养，拓展了学生的知识面。

二、学生状况分析

高一（15）班是西安交通大学的少年预科班，成绩优秀，学生综合素养尤其是动手能力和思维活跃程度都非常的高，能够提出自己想了解的问题，并能有对问题比较深入的探讨，有强烈的探究问题的欲望和探究问题的能力。

1、学生现有的知识基础：已掌握了酸碱中和反应的本质，学习了盐类水解的知识，同时具备一定的酸碱指示剂使用的知识。

2、学生现有的能力基础：少年班同学经过一年的化学学习和课外的DIS实验活动，具备一定的对定性实验现象的分析、描述、探讨能力和应用化学知识解决实际问题的能力，具有少量定量实验的基础。

三、教学设计思路

    本节课对比传统的中和滴定实验，引导学生回忆中和反应的实质；学生在传统的课程中提出了指示剂的选择问题，以及数据读取等人为操作对实验的影响。

普通高中教材将酸碱中和滴定设计成“实践活动”，在pH的应用这一主题下，让学生讨论如何利用pH的概念，设计用已知浓度的酸/碱测定未知浓度的碱/酸。教师组织学生设计实验方案，最大限度地增强学生参与程度，通过学生的讨论，引导学生实验方案的设计就是要解决4个核心问题即确定反应；判断恰好完全反应；实验操作；数据处理。这就是酸碱中和滴定的分析过程，同时也是滴定分析的研究过程。使学生能够领会滴定分析的研究过程，进一步体会化学定量分析的方法。
　　本节课要完成的重要教学内容是酸碱中和滴定的原理。酸碱中和滴定原理的知识难点是指示剂的选择。学生很难理解变色范围相差2到3个单位的酸碱指示剂能够准确地判断滴定终点。通过实验设计方案中学生选择判断恰好完全反应的指示剂不相同，引导学生发现指示剂的变色范围和盐酸与氢氧化钠恰好完全反应溶液的pH不相同，使学生产生了强烈的认知冲突。此时教师利用传感器做实验：用0.1mol/L已知浓度的标准HCl溶液来滴定0.1mol/L未知浓度的NaOH溶液，并通过传感器自动绘制出的滴定曲线，这样数字化的设备使学生真实的感受到反应过程中pH的变化特点，真正感受到滴定过程中“突跃”的存在，通过教师的引导学生自己就可总结出在滴定终点时很少的盐酸的量（一滴）就可使指示剂变色，但对测定结果影响不大。故凡是指示剂的变色点在滴定突跃范围内的均可选用，使教学难点指示剂的选择获得突破。
四、教学目标：
　　知识与技能
　　（1）理解酸碱滴定的原理，理解酸碱滴定分析的过程，掌握滴定操作和仪器。
　　（2）初步了解指示剂的选择对酸碱滴定的影响。
　　过程与方法
　　（1）利用数据采集器及pH和滴数传感器实时测量，从微观角度分析突跃变化形成原因。
　　（2）通过新技术的应用，培养学生对数据、信息的收集、分析、处理能力。
　　情感态度与价值观
　　熟悉pH的用途，通过实验培养学生的科学态度和合作精神。

教学重点：中和滴定中所用仪器的名称和使用方法

教学难点：酸碱滴定过程中指示剂的选择

    使用教学器材：电脑、威尼尔软件、pH传感器、滴数传感器、威尼尔万能数据采集系统、滴定装置，传统酸碱中和滴定装置。

五、教学活动：

六、教学反思

    本节课是中学教材三个定量实验之一，综合了物质的量浓度的计算、pH计算、酸碱指示剂的选择等多个方面的知识，其中指示剂的选择是学生难以理解的内容，单纯用pH计算没有办法让学生直观的理解，所以引入了DIS实验，利用计算机自动化实验绘制图标，从而可以让学生直观的理解指示剂的选择这一难点，达到较好的效果。