王越

摘 要：苯甲酸是有機(jī)化學(xué)中一種典型的有機(jī)酸。本文探討了高中化學(xué)教學(xué)中利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究苯甲酸的弱酸性。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)?zāi)苡弥庇^的數(shù)據(jù)定量地表明強(qiáng)酸和弱酸在稀釋的過程中pH的變化，使學(xué)生從數(shù)據(jù)上更加深入地理解弱電解質(zhì)在稀釋過程中電離程度的變化情況。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；數(shù)字化實(shí)驗(yàn)；弱酸稀釋；弱電解質(zhì)

一、問題的提出

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，在高中課堂上，化學(xué)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象包括化學(xué)理論都可以通過數(shù)字化實(shí)驗(yàn)用數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來。苯甲酸是化學(xué)中的一種典型的弱酸。其弱酸性在很多條件下都是通過查閱其pH值來描述的。這種酸弱到何種程度，如何通過實(shí)驗(yàn)來證明其弱酸性并測(cè)量其酸性強(qiáng)弱，是教學(xué)中的重難點(diǎn)問題。

二、研究?jī)?nèi)容

pH不隨溶液的濃度變化而呈現(xiàn)出10的負(fù)對(duì)數(shù)的變化是弱酸溶液稀釋時(shí)pH變化與強(qiáng)酸溶液稀釋pH變化的顯著不同。這樣的一種分析方法對(duì)于鑒定待測(cè)酸為弱酸具有重要的意義。但學(xué)生只是從理論角度理解強(qiáng)酸與弱酸溶液在稀釋時(shí)pH變化規(guī)律的不同，無法從實(shí)際的角度確切地看到強(qiáng)酸與弱酸的pH隨溶液濃度的變化究竟會(huì)出現(xiàn)怎樣的不同，也就難以理解教材中的解讀——隨著弱酸的不斷稀釋，會(huì)有更多的弱酸分子水解以補(bǔ)充水溶液中的氫離子。教師在實(shí)際教學(xué)中無法用確切的數(shù)據(jù)給學(xué)生解釋這一原理，因而成為教學(xué)中的一大難點(diǎn)。

三、實(shí)驗(yàn)探究

1.實(shí)驗(yàn)藥品

本實(shí)驗(yàn)采用0.0100mol/L苯甲酸溶液。

2.實(shí)驗(yàn)儀器

采集器、軟件系統(tǒng)、pH傳感器（已用標(biāo)準(zhǔn)緩沖液鄰苯二甲酸氫鉀溶液進(jìn)行校準(zhǔn)，pH=4.00）、滴數(shù)傳感器（在本實(shí)驗(yàn)中通過校準(zhǔn)，20.77滴為1 mL）、磁力攪拌器、100mL小燒杯、滴定管、250mL容量瓶、玻璃棒、膠頭滴管、蒸餾水洗瓶。

3.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校正pH傳感器，通過滴數(shù)傳感器校正滴定管滴出的一滴液體的體積。

（2）取一定體積的蒸餾水于滴數(shù)傳感器中。

（3）向燒杯中放入磁子，將燒杯放在磁力攪拌器上，開始攪拌。

（4）在燒杯中注入一定量0.0100 mol/L的苯甲酸溶液。

（5）將潔凈的pH傳感器插入燒杯的苯甲酸溶液中，并連接好數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)。

（6）打開滴數(shù)傳感器并收集數(shù)據(jù)。

（7）完成實(shí)驗(yàn)后，處理廢液。用蒸餾水沖洗pH傳感器，清洗儀器。

（8）利用軟件處理得出苯甲酸的稀釋曲線并加以分析。

實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。

四、數(shù)據(jù)分析

（1）強(qiáng)酸是強(qiáng)電解質(zhì)，在水溶液中完全電離。而弱酸是弱電解質(zhì)，在水溶液中存在電離平衡。0.0100 mol/L的苯甲酸溶液其起始pH大于2說明苯甲酸中的活潑H沒有完全電離，可證明苯甲酸是弱酸。

（2）苯甲酸的pH與其物質(zhì)的量濃度并不是10的負(fù)對(duì)數(shù)的關(guān)系，pH指的是水溶液中氫離子濃度的負(fù)對(duì)數(shù)，并非作為溶質(zhì)的酸的物質(zhì)的量濃度的負(fù)對(duì)數(shù)。

（3）數(shù)字實(shí)驗(yàn)用曲線得出苯甲酸的稀釋曲線較為平緩，與強(qiáng)酸的稀釋不同。稀釋過程中溶液的總體積與稀釋過程中pH的變化并不成負(fù)對(duì)數(shù)的關(guān)系，這就明確地解釋了教材中的 “隨著弱酸的不斷稀釋，會(huì)有更多的弱酸分子水解以補(bǔ)充水溶液中的氫離子”這句話。

五、小結(jié)

通過pH傳感器和滴數(shù)傳感器實(shí)驗(yàn)檢測(cè)滴定過程中溶液的pH，并由計(jì)算機(jī)顯示數(shù)據(jù)和曲線，即可直觀地反映出中和反應(yīng)過程中pH的變化情況，具有簡(jiǎn)單、便捷、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)pH變化的曲線表征有利于學(xué)生建構(gòu)中和反應(yīng)的相關(guān)知識(shí)，提升化學(xué)素養(yǎng)。利用傳感器檢測(cè)稀釋過程中pH的變化，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)的處理可以直接轉(zhuǎn)化為曲線呈現(xiàn)，使學(xué)生能夠更加直觀地認(rèn)識(shí)這一過程pH的變化趨勢(shì)，建議可作為新課程“化學(xué)反應(yīng)原理”和“實(shí)驗(yàn)化學(xué)”相關(guān)內(nèi)容的替代實(shí)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]曹居?xùn)|，王磊，尹冬冬. 普通高中標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書，化學(xué)·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)（選修）[M].濟(jì)南：山東科技出版社， 2008：62，82-83.

[2]刑其毅，裴堅(jiān)，編.基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)（第三版）[M].北京：高等教育出版社，2008：352-357.