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
盐水解属于山东科技出版社新编教材《化学反应原理》第三章“物质在水溶液中的行为”、第二节“弱电解质离子化盐的水解”的第四选修 ， 必修一化学第二章第一节“物质的分类”也提到了明矾水的净化 。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.学生学习状况分析
盐的水解是高中阶段的重点和难点 。胶体只是高中阶段的一个普修 ， 原理还没有完全理解 。这时 ， 学生很难通过盐的水解生成胶体纯净水 。在教学过程中 ， 大部分学生直接被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 ， 所以学生只能通过机械记忆来记住这些知识 。
因此 ， 为了解决这个问题 ， 本实验是基于书本实验和手持技术设计的 。通过对实验过程的跟踪 ， 学生不仅可以看到结果 ， 还可以看到反应过程 。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
【数字化实验探究明矾净水与盐的水解 明矾净水原理】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
(1)用烧杯、橡胶滴管等实验仪器配制所需试剂 ， 配制4份浊水 。
②用PH传感器测量试剂的PH值 ， 在实验过程中测量净水过程中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浑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 ， 分析数据显示:
(1)1号反应容器内的浊度为蓝线 ， 几乎不变 ， 表明溶液为均匀稳定的悬浮液；
(2)2号反应容器内浊度为红线 ， 有变化 ， 但不明显 ， 说明明矾能净化水 ， 但按书本做法净化水较慢；
(3)3号反应容器内浊度呈绿色线 ， 变化明显 ， 136秒内变化明显 ， 说明加入碳酸氢钠后 ， 会与明矾发生双重水解 ， 从而加快沉降速度；
(4)反应容器内浊度为黑线 ， 65秒内变化明显 ， 溶液肉眼变得清澈 ， 说明三价铁的水解能力强于三价铝离子 。
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、水的酸碱度、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-促使水解净水效果更好；
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净水的浊度 ， 绘制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、小型化、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进行分析 ， 可以增加我们对化学学习的兴趣 ， 形成对分步化学反应的初步认识 ， 提高我们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 ， 初步了解使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 ， 可以提高设计、评价、加工等实验的综合能力 。
2.教学困难
教学重点:掌握铝离子可以水解成胶体净化水质 ， 不同离子水解能力不同 ， 相互影响；
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