利用电导率传感器和pH值传感器探究Ca(OH)2与SO2反应

2022.09.03

韦世阳孙凯王牡丹

摘要：Ca（OH）2溶液与SO2反应在理论上是能够观察到浑浊现象的，类似Ca（OH）2溶液与CO2反应，但是实际实验中并不能看到明显的浑浊现象，实验过程中有时根本就观察不到。本实验利用电导率传感器和pH值传感器探究Ca（OH）2与SO2反应的实验，获得滴定曲线图，让学生能够直观地看到实验反应的基本过程。

关键词：电导率传感器? pH值传感器? Ca（OH）2与SO2

一、引言

Ca（OH）2溶液与SO2反应一直以来都是高中生的学习重点，并且在学习过程中，学生会将其与Ca（OH）2溶液与CO2的反应进行比较，反应为：Ca（OH）2和SO2生成CaSO3和H2O与Ca（OH）2和CO2生成CaCO3和H2O。

在对实验现象的描述上，都是以出现浑浊现象来判定和证明反应的结束。但是实际情况又如何呢？在实验中，选择饱和澄清石灰水，向其中通入SO2，几乎看不到浑浊现象，如果选择不饱和的澄清石灰水，向其中通入SO2，实验中更看不到浑浊现象，这主要是CaSO3的溶解度比CaCO3的溶解度大，所以在学生演示实验中，很容易出现实验失败。多次实验结果表明：SO2与澄清石灰水之间几乎看不到沉淀现象，或者说用肉眼很难得出结论。在这种情况下，可以选择科技前沿较为成熟的手持技术。现在已经有越来越多的传感器出现在中学课堂中，实时准确地将实验中肉眼看不到的现象通过现代技术手段展示出来，取得较好的实验效果。

二、实验内容及结论

（一）传感器工作原理

电导率传感器是一种测定溶液导电性的传感器。电感型电导率传感器，这是一种依据电磁感应原理实现对液体电导率进行测量的一种仪器。电导率传感器通过计算溶液中离子浓度大小，然后以图像的形式展现在电脑软件上。pH值传感器的原理类似pH计，可测量的范围是0～14。

（二）实验原理

Ca（OH）2溶液与SO2反应生成CaSO3和H2O。向饱和Ca（OH）2溶液中通入SO2气体，因为在反应过程中会生成沉淀（虽然有时候用肉眼是无法看到明显现象的），因而造成溶液中离子浓度减小，从而表现出导电能力下降，所以能够得到一个导电能力下降的变化趋势图，但是随着反应的继续，SO2气体的不断通入，SO2、CaSO3和H2O生成Ca（HSO3）2，Ca（HSO3）2是一种能够溶于水的强电解质，因而使得溶液中的离子浓度变大，从而得到导电能力增强的变化趋势图。

与此同时，随着SO2不断的通入，溶液的碱性不断降低，所以在pH的变化上将会显示出一个酸碱中和反应的变化趋势图，就是相当于亚硫酸与澄清石灰水的酸碱中和，会有一个经典的“S”变化趋势图。

（三）实验仪器及药品：

浓硫酸，亚硫酸钠固体，饱和Ca（OH）2溶液，滴數传感器，磁力搅拌器，pH值传感器，电导率传感器，数据采集器（VENIER LabPro），电脑和软件（Logger Pro 3）。

（四）实验步骤

（1）如图1所示，组装好仪器和电脑，打开操作软件;

（2）打开分液漏斗的活塞，缓慢流出浓硫酸，待气体产生均匀后再通入到盛有饱和的澄清石灰水中;

（3）点击软件中数据采集，让气体缓慢通入，计算机将会自动的记录数据;

（五）实验数据及处理：

（1）实验滴定图像如图2：

（2）由图像可以看到，将SO2通入到饱和Ca（OH）2溶液中后，溶液的导电能力下降，但是随着SO2气体的不断通入会发生SO2、CaSO3和H2O生成Ca（HSO3）2的反应，而生成的Ca（HSO3）2是一种能够溶于水的强电解质，因而使得溶液中的离子浓度变大，从而造成导电能力增强的变化趋势。

与此同时，随着SO2不断的通入，溶液的碱性不断降低，所以在pH的变化上将会显示出一个酸碱中和反应的变化趋势图像，相当于亚硫酸与澄清石灰水的酸碱中和，会有一个经典的“S”变化趋势图。

三、创新点

（1）从实验角度出发，阐述了Ca（OH）2和SO2反应生成CaSO3和H2O这个反应的存在，但是同时又打破了传统的认为有明显浑浊的结论。

（2）运用现代科技，解决了传统的定性实验无法定量化的问题，给高中生呈现反应的结果和反应的过程，让学生触及了化学反应的本质，提高了学生学习化学的热情和对化学的全面认识。

（3）创新使用电导率传感器和pH传感器证明了Ca（OH）2和SO2反应生成CaSO3和H2O的反应原理和反应过程，对学生认识定量化学起到了至关重要的作用;当然也打破了学生原有思维，让他们用审视的眼光来看待化学实验，同时增进了学生对于现代科技的接受程度。

（4）Ca（OH）2和SO2反应生成CaSO3和H2O这个反应现象的不明显给学生造成了很大的困扰，但是传感器技术以图像告诉学生没有现象也可以反应，从而大大提升了学生化学学习兴趣。这样一种将数学曲线和化学反应相结合的方式大大激发了学生的学习动力。

化学不只是试剂的相混合，也不只是现象的有无，反应本身就是存在的，只是我们老师如何将它展示在学生面前。科技的发展非常迅猛，传感器技术仅仅只是其中一个，还有很多其他技术在当下还没有应用到化学上，相信这些技术在不久的将来就会服务于化学教学。

参考文献：

[1]高妙添.基于“四重表征”与“手持技术”教学模式的实践研究——以“盐酸滴定碳酸钠和碳酸氢钠的pH变化”为例.化学教育，2013（6）：3841.

[2]华中师范大学，东北师范大学，陕西师范大学.分析化学[M].北京：高等教育出版社，1981：417423.