基于手持技术和多媒体技术的“电离平衡”教学研究，本文主要内容关键词为：电离论文,教学研究论文,多媒体技术论文,技术论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、“电离平衡”在教材中的地位
电离平衡是中学化学教学中的一个重点内容，由于涉及微观过程，学生看不见、摸不着，内容抽象、难懂，也是一个教学难点。在最新的普通高中化学课程标准中，该部分在选修4“化学反应原理”中讲授，要求“能描述弱电解质在水溶液中的电离平衡，了解酸碱电离理论”。
二、“电离平衡”教学过程设计
将电离平衡教学过程分为：引入、电解质在水中的电离情况、电离平衡概念、影响电离平衡的因素等教学环节。
1.引入
新课引入是课堂教学中必要的环节，也是教学全过程中最重要的环节之一。本文采用“海洋”为题材引入，向学生介绍地球70%以上的面积覆盖着蔚蓝色的海洋，很多的物质溶解在海洋中。物质溶于水后发生怎样的变化？是如何存在的？与水会发生相互作用吗？引发学生思考，激发学习兴趣。学生可得出：物质在水中有的电离、有的不电离，很自然地过渡至下一环节。
2.电解质在水中的电离情况
复习根据在水溶液中或熔融状态是否导电将化合物分为电解质和非电解质，回顾HCl、
溶液导电性实验，电解质溶于水后为什么能导电？同浓度的不同电解质溶液导电能力为什么不同？电解质在溶液中以什么形式存在？得出：电解质在水溶液中均电离，但电离情况不同。让学生观察图1，得出：电解质的电离有的完全（如HCl），有的不完全（如）。指导学生回顾根据电离程度的不同将电解质分为强电解质和弱电解质。
图1 HCl、在水中的电离过程[5]
随后，让学生观察动画（见下页图2），电解质溶液中溶质微粒间会发生相互作用吗？醋酸溶液电离后溶质微粒数发生变化了吗？得出：电解质的电离有的可逆（如），有的不可逆（如HCl）。同时也为以后学习盐类的水解埋下伏笔。
注：引自http://www.mhhe.com／（引用时作了适当修改）
图2 HCl、在水中的电离过程动画截图
3.电离平衡概念
(1)猜想电离平衡
电解质电离过程是否存在电离平衡？指导学生查阅字典（如图3）中“平衡”词条，类比以前所学的动态平衡给电离平衡下一定义。
(2)实验验证电离平衡
利用手持技术进行实验1（具体原理及过程见3），验证醋酸溶液确实存在电离平衡。
4.影响电离平衡的因素
利用手持技术进行实验2（具体原理及过程见3），探索浓度、温度怎样影响电离平衡，并得出稀释冰醋酸时离子浓度的变化情况及电离平衡移动的方向；还可得出：当温度变化，电离平衡是如何移动的。
三、“电离平衡”相关实验研究[7-9]
文献[8]和文献[9]中分别采用电流传感器和pH传感器，由于其在测量电流和pH变化时，传感器稳定性较差，数据变化较大，绘制出的曲线呈现锯齿状，效果不佳，而使用电导率传感器，可得到更好的效果。
1.实验目的
实验1：验证弱电解质溶液中确实存在电离平衡。
实验2：探究影响弱电解质电离平衡的因素。
2.实验仪器及试剂
仪器：LabQuest数据采集器（美国Vernier公司）、Logger Pro 3.6数据采集软件（美国Vernier公司）、CON-BTA电导率传感器（美国Vernier公司）、TMP-BTA温度传感器（美国Vernier公司）、计算机、磁力搅拌器（含搅拌子）、50mL烧杯2只、具支平底瓶、细口瓶（下端带单孔塞）、导管、电极架。
试剂：冰醋酸、等pH的盐酸和醋酸溶液、蒸馏水。
3.实验原理
电解质溶液的电导率(k)指相距1m，面积为1
的2个平行电极间充满电解质溶液时的电导。SI单位为：S/m，本实验单位为μS/cm。
手持技术是利用传感器、数据采集器、计算机（含软件）三者连接，对实验体系中某种（或某几种）物理参数进行实时测量，从而用于研究化学本质问题的实验装置。具体过程是传感器测量物理参数，由数据采集器采集、处理并传给电脑，由专门软件自动绘图，可直接投影至屏幕上。有别于只能依靠教师讲授的传统教学，而通过实验直接测量，将微观问题以数据、图表形式直观的呈现，还学生以真实的实验探索过程。
本实验通过手持技术实时测量溶液电导率的变化以表征溶液中自由移动离子的浓度变化，以及实时测量溶液温度变化，从而研究弱电解质溶液的电离过程。
4.实验内容
(1)实验1
①按图4组装好实验装置。
图4 验证弱电解质溶液中确实存在电离平衡实验装置
②在烧杯中注入盐酸，打开搅拌器，测量电导率，然后打开活塞，稀释盐酸，测量稀释过程HCl溶液电导率变化情况。
③换一只烧杯和搅拌子，在其中注入与盐酸pH一致的醋酸溶液，打开弹簧夹保证水流流速与测量盐酸时一致，测量稀释过程醋酸溶液电导率变化情况。
(2)实验2
①按图5组装好实验装置。
图5 探究影响弱电解质电离平衡的因素装置
②在具支平底瓶中注入10mL冰醋酸，放入搅拌子，打开搅拌器进行搅拌，测量电导率，然后打开弹簧夹，稀释冰醋酸，测量稀释过程醋酸溶液电导率和温度变化情况。
5.数据处理及分析
图6是实验1中软件自动绘制的等pH盐酸、醋酸稀释过程电导率变化曲线。
电导率为什么会下降？为什么醋酸比盐酸下降得慢？很易得出：因c=n/V，稀释过程中溶液的体积V逐渐增大，所以离子浓度会下降；而溶液的体积V增大得一样快，醋酸的电导率却下降得慢些，说明醋酸稀释过程中离子浓度并非未变而是增大了，即醋酸又电离了，平衡移动了，间接证明弱电解质溶液中确实存在电离平衡。
图6 等pH的盐酸和醋酸溶液稀释过程电导率变化曲线
图7是实验2中软件自动绘制的冰醋酸稀释过程电导率和温度变化曲线。
图7 冰醋酸稀释过程中电导率、温度变化曲线
电导率为什么先增大后减小？稀释过程中醋酸电离出离子的物质的量在增大，溶液体积也在增大，前半段电导率增加是因为离子的物质的量增大占主导，后半段电导率减小是因为溶液体积增大占主导。
电离过程吸热还是放热？温度对平衡有何影响？稀释一开始溶液温度就立即下降，得出电离过程是吸热过程（至于后面温度为什么又升高，这是由于冰醋酸与水的温度都为室温，温度下降后，随加水量的增加，最后升高到水温）。根据平衡移动原理，便可得出温度改变，平衡移动的方向了。
四、思考与建议
本文使用了手持技术、多媒体技术相结合，将学生难理解、教师难教的纯理论内容用形象化、实验化的方式科学地展示给学生，使用电导率传感器表征溶液中自由移动的离子浓度，取得了很好的效果。