《实验三基于传感技术的定量测定实验》.ppt

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1、实验三实验三 基于传感技术的中学理科实验系统主要由传基于传感技术的中学理科实验系统主要由传感器（探头）、数据采集器、计算机等硬件设施感器（探头）、数据采集器、计算机等硬件设施以及实验数据处理程序等软件构成。以及实验数据处理程序等软件构成。传感技术最根本的特点是将化学本质转化传感技术最根本的特点是将化学本质转化为可检测的物理信号，进而利用物理信号反映为可检测的物理信号，进而利用物理信号反映或研究化学本质，这就是科学研究中非常重要或研究化学本质，这就是科学研究中非常重要的转化思想。的转化思想。传感器传感器数据采集器数据采集器终端设备相应软件将“感触”到的待测物的相关信息转换成数据采集器能够识别和分

2、析的电信号,并传送到数据采集器中。接受从传感器传过来的电信号,收集、存储数据,是整个系统的“神经中枢”,它是传感技术的核心 数据采集器与计算机连接后,即可利用实验数据处理软件进行数据处理。人的感官与传感器的比较人的感官与传感器的比较五种感官五种感官传感器传感器大脑大脑计算机计算机来自外界的刺激 pH传感器传感器常见化学传感器常见化学传感器温度传感器温度传感器导电率传感器导电率传感器气压传感器气压传感器不同的传感器可以用于检测不同的物不同的传感器可以用于检测不同的物理指标，输出的电信号被数据采集器理指标，输出的电信号被数据采集器识别、放大并转化为数值显示。识别、放大并转化为数值显示。1、利用温度

3、传感器感受物质变化中的能量、利用温度传感器感受物质变化中的能量转换。例如：将温度传感器浸入硫酸铜溶转换。例如：将温度传感器浸入硫酸铜溶液中，向其中加入适量锌粉，记录温度变液中，向其中加入适量锌粉，记录温度变化曲线，并分析由温度变化曲线可以得出化曲线，并分析由温度变化曲线可以得出哪些结论。哪些结论。2、利用压强传感器测定化学反应中的反应、利用压强传感器测定化学反应中的反应速率。例如：测点镁条与盐酸的反应速率，速率。例如：测点镁条与盐酸的反应速率，镁条与稀盐酸反应放出氢气，如果该反应镁条与稀盐酸反应放出氢气，如果该反应在定容密闭体系内进行，则随着氢气浓度在定容密闭体系内进行，则随着氢气浓度的增加压

4、强随着增大，通过记录压强随时的增加压强随着增大，通过记录压强随时间变化的数据，绘制压强间变化的数据，绘制压强时间曲线，根时间曲线，根据该曲线的斜率即可计算出反应速率。据该曲线的斜率即可计算出反应速率。3、利用、利用PH传感器绘制酸碱中和反应曲线。传感器绘制酸碱中和反应曲线。例如：向氢氧化钠溶液中滴加盐酸，使用例如：向氢氧化钠溶液中滴加盐酸，使用PH传感器监测溶液的传感器监测溶液的PH变化，得到变化，得到PH变变化曲线，观察化曲线，观察PH曲线的突变，运用数据软曲线的突变，运用数据软件求导工具，绘制导数曲线，分析导数曲件求导工具，绘制导数曲线，分析导数曲线变化与线变化与PH曲线变化的规律。曲线变

5、化的规律。4、用电导率传感器监控反应过程。例如：、用电导率传感器监控反应过程。例如：用电导率监控稀硫酸与氢氧化钡的反应，用电导率监控稀硫酸与氢氧化钡的反应，将电导率传感器插入氢氧化钡溶液中，启将电导率传感器插入氢氧化钡溶液中，启动磁力搅拌器，启动数据采集。待传感器动磁力搅拌器，启动数据采集。待传感器测得的数据相对稳定后，开始向氢氧化钡测得的数据相对稳定后，开始向氢氧化钡溶液中匀速滴加稀硫酸溶液，注意控制滴溶液中匀速滴加稀硫酸溶液，注意控制滴加的速度，每秒加的速度，每秒23滴，观察实验现象及显滴，观察实验现象及显示的数据曲线的变化。示的数据曲线的变化。5、利用色度计传感器绘制标准曲线。例、利用色

6、度计传感器绘制标准曲线。例如：向比色皿中注入三分之二体积的水，如：向比色皿中注入三分之二体积的水，选择蓝色检测光，测量其透光率选择蓝色检测光，测量其透光率T。向其。向其中滴加高锰酸钾溶液，摇匀后检测透光率，中滴加高锰酸钾溶液，摇匀后检测透光率，然后每滴加然后每滴加1滴溶液测量滴溶液测量1次透光率值，连次透光率值，连续测续测5个数据。绘制吸光度个数据。绘制吸光度A=lg(1T）与）与浓度的关系曲线，并拟合为直线。选用不浓度的关系曲线，并拟合为直线。选用不同的检测光进行测定，画出各自对应的曲同的检测光进行测定，画出各自对应的曲线，比较它们之间的差异。线，比较它们之间的差异。活动活动1 一组环境指标

7、的检测一组环境指标的检测直接测定直接测定实验原理：温度、湿度、CO2浓度、浓度、O2浓度、浓度、PH、电导率、色度等是反映空气、水体或土、电导率、色度等是反映空气、水体或土壤的状况的常规指标，有相应的传感器可以实壤的状况的常规指标，有相应的传感器可以实现这些指标的直接测定。现这些指标的直接测定。实验用品：温度传感器、色度传感器、实验用品：温度传感器、色度传感器、CO2 传感器、O2传感器、数据采集器传感器、数据采集器实验过程实验过程1、空气状况的检测、空气状况的检测（1）用温度、湿度、）用温度、湿度、CO2浓度、浓度、O2浓度等传感器浓度等传感器检测空气中相应指标的大小。检测空气中相应指标的大

8、小。（2）用塑料袋收集一袋人体呼出的气体，再检测相）用塑料袋收集一袋人体呼出的气体，再检测相应指标的大小，并与空气比较。应指标的大小，并与空气比较。2、水体状况的检测、水体状况的检测取河水或池塘水，用相应的传感器分别取河水或池塘水，用相应的传感器分别检测温度、溶解氧、检测温度、溶解氧、PH、电导率、色度，、电导率、色度，并与自来水进行比较。并与自来水进行比较。3、土壤状况的检测、土壤状况的检测取少量的土壤样品，加水搅拌，静置后取少量的土壤样品，加水搅拌，静置后取上层清夜检测其取上层清夜检测其PH、电导率值。、电导率值。活动活动2 间接测定的常用手段间接测定的常用手段 常用的传感器可直接测定的参

9、数是非常有常用的传感器可直接测定的参数是非常有限的，通常情况下需要将可检测的物理量进限的，通常情况下需要将可检测的物理量进行转化然后再进行定量测定。行转化然后再进行定量测定。在中学化学教学中，介绍的定量测定方法在中学化学教学中，介绍的定量测定方法主要为酸碱中和滴定和重量法，比色法（目主要为酸碱中和滴定和重量法，比色法（目视比色法、光电比色法、分光光度法）引入视比色法、光电比色法、分光光度法）引入中学化学可以说扩充了定量实验的范围。中学化学可以说扩充了定量实验的范围。通常酸碱中和滴定使用指示计判断滴通常酸碱中和滴定使用指示计判断滴定终点，对于食醋等有色溶液，根据指示定终点，对于食醋等有色溶液，根

10、据指示剂的颜色来判断终点就相对困难，可以借剂的颜色来判断终点就相对困难，可以借助助PHPH传感器指示终点。用电导率传感器指传感器指示终点。用电导率传感器指示终点的电导滴定也是常见的滴定分析方示终点的电导滴定也是常见的滴定分析方法，向碱溶液中通入二氧化碳引起电导率法，向碱溶液中通入二氧化碳引起电导率下降过程的反应终点也可以借助电导率传下降过程的反应终点也可以借助电导率传感器来指示。感器来指示。实验过程实验过程1、PH传感器指示酸碱中和滴定（食醋总酸量测传感器指示酸碱中和滴定（食醋总酸量测定）定）（1）量取一定体积的食醋，插入）量取一定体积的食醋，插入PH电极，加水电极，加水稀释使溶液液面没过电极

11、的玻璃泡。稀释使溶液液面没过电极的玻璃泡。（2）用氢氧化钠标准溶液，待）用氢氧化钠标准溶液，待PH跃过跃过7后停止后停止滴定。滴定。（3）根据氢氧化钠溶液的浓度和用量计算食醋）根据氢氧化钠溶液的浓度和用量计算食醋中酸的浓度。中酸的浓度。2、浊度法（水样中氯离子浓度的测定）、浊度法（水样中氯离子浓度的测定）（1）配制一系列不同浓度的氯化钠溶液作为）配制一系列不同浓度的氯化钠溶液作为标准浊液，用硝酸酸化后滴加过量硝酸银溶标准浊液，用硝酸酸化后滴加过量硝酸银溶液后摇匀。液后摇匀。（2）将标准浊液加入比色皿中用浊度计测量）将标准浊液加入比色皿中用浊度计测量其浊度，并绘制标准曲线（浓度为横坐标，其浊度，

12、并绘制标准曲线（浓度为横坐标，浊度为纵坐标）浊度为纵坐标）（3）用同样的方法处理待测水样，并测量其）用同样的方法处理待测水样，并测量其浊度，根据标准曲线求得水样中氯离子的浓浊度，根据标准曲线求得水样中氯离子的浓度。度。3、光电比色法（补铁剂中铁元素含、光电比色法（补铁剂中铁元素含量的测定）量的测定）4、电导法（空气中二氧化碳浓度的、电导法（空气中二氧化碳浓度的测定）测定）通过上述实验，我们可以发现：跟常通过上述实验，我们可以发现：跟常规的检测方法相比，借助传感器的检测手规的检测方法相比，借助传感器的检测手段更加便捷，它弥补了传统实验室实验条段更加便捷，它弥补了传统实验室实验条件不足的限制，能更好地为学生揭示化学件不足的限制，能更好地为学生揭示化学原理，规律，进而全面提升学生的科学素原理，规律，进而全面提升学生的科学素养，也有利于教师理解化学反应的实质和养，也有利于教师理解化学反应的实质和化学变化的规律，促进教师的专业发展与化学变化的规律，促进教师的专业发展与成长。成长。