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数字化实验探究明矾净水与盐的水解 明矾净水原理


数字化实验探究明矾净水与盐的水解 明矾净水原理

文章插图
明矾水净化原理(探索明矾水净化和盐水解的数字实验)
高中化学禄口版选修四
明矾提纯和盐水解的数字化实验研究

一、实验教学分析
1.教学内容分析
盐水解属于山东科学技术出版社新编教材《化学反应原理》第三章“物质在水溶液中的行为”第二节“信息资源网弱电解质的离子化盐的水解”第四选修，必修一化学第二章第一节“物质的分类”也提到了明矾水净化 。但是在实际的教学过程中，学生能够观察到的实验现象非常有限，一般老师都会直接从这个现象告诉学生，没有相关的实验事实和有效的实验事实 。
2.学生学习情况分析
盐的水解是高中的重点和难点 。胶体只是高中的一般学习，原理没有完全理解 。此时，学生很难通过盐的水解生成胶体状的纯净水 。在教学过程中，大部分学生被直接告知明矾水解可以净化水 。根据维果茨基的“最近发展区理论”，这显然超过了学生现有的潜在认知水平，所以学生只能靠机械记忆来记住这些知识 。
因此，为了解决这一问题，基于书本实验和手持技术设计了该实验 。通过对实验过程的跟踪，向学生展示的不仅是结果，还有反应过程 。同时与书本实验完美结合，在实际教学过程中具有很强的实用性 。
二、实验部分
1.实验原理
明矾之所以能净化天然水，是因为明矾溶于水后产生的Al3+与天然水中的HCO3-发生双重水解反应，生成氢氧化铝胶体，吸附积累水中悬浮的杂质 。
2.实验仪器和药物
仪器:电脑、朗威数据采集器、浊度传感器(配套反应装置)、药勺 。
药物:明矾、硫酸铁、碳酸氢钠、蒸馏水 。
3.实验步骤
【数字化实验探究明矾净水与盐的水解 明矾净水原理】(1)用烧杯、橡胶滴管等实验仪器准备所需试剂，准备4份浊水 。
②用PH传感器测量试剂的PH值，在实验过程中测量水净化过程中PH值的变化 。
③连接浊度传感器、数据采集器和计算机，打开DISLab 6.9实验数据处理软件，将坐标设置为纵坐标为浊度，横坐标为时间，利用浊度传感器监测净水过程中四种浊水溶液的浊度变化 。
4.实验结果和讨论
溶液浊度随反应时间的变化曲线如图1所示，分析数据表明:
(1)1号反应容器中的浊度为蓝线，几乎不变，说明溶液是均匀稳定的悬浮液；
(2)2号反应容器内的浊度是一条红线，有变化，但不明显，说明信息资源网的明矾可以净化水，但按照书本上的做法净化水比较慢；
(3)3号反应釜内浊度为绿线，变化明显，在136信息资源网秒内变化明显，说明碳酸氢钠和明矾双重水解，加快了沉降速度；
(4)反应釜内浊度为黑线，65秒内变化明显，溶液肉眼变清，说明三价铁的水解能力强于铁铝离子 。
通过数据分析，可以得出以下结论:
1.影响明矾净水效果的因素:水温、水的pH值、水中杂质的性质和浓度、明矾的用量等 。
2.明矾中的Al3+水解净水，加入HCO3-更好地促进水解净水效果；
3.与相同浓度的Fe3+和Al3+相比，Fe3+的水解程度更深，净水效果更好 。
4.胶体不能吸附有色离子 。
5.实验改进要点
浊度传感器用于跟踪检测明矾纯化水的浊度，并绘制出浊度与反应时间的曲线 。通过控制变量法得出结论，实现了实验过程的可视化、微型化、动态化和家庭化 。
三 。实验教学内容

1.实验教学目标
(1)通过对四种溶液净水能力的实验研究分析，可以增加对化学学习的兴趣，形成对分步化学反应的初步认识，提高学以致用解决实际问题的能力；
(2)通过浊度和反应时间的数据，学习数据分析、读图和数据分析的能力，初步了解利用手持技术进行实验的实验装置的组成；
(3)通过书本实验与教学实验的对比，提高设计、评价、加工等实验的综合能力 。
2.教学中的困难
教学重点:掌握铝离子可以水解成胶体来净化水，不同的离子水解能力不同，相互影响；
教学难点:根据浊度变化与时间的关系，分析数据和图表，得出结论 。
3.实验教学过程
(1)创设情景，激发思维 。
【课堂介绍】交流研讨:
取3个烧杯，每个烧杯中装有浑浊的天然水(湖水、河水或井水等 。)，在2个烧杯中加入3茶匙明矾粉，搅拌溶解，然后静置观察现象 。在实际教学中，往往要等待很长时间，净水效果也不理想 。
(2)根据书本发现问题 。


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