利用手持技术探究铁的电化学腐蚀实验*

借助手持技术,利用电压传感器和pH传感器测定不同酸碱性环境下金属铁发生电化学腐蚀的模拟原电池电压变化情况,探究金属铁发生析氢腐蚀和吸氧腐蚀对应的pH范围,帮助学生深入理解铁的电化学腐蚀原理,感受化学定量实验的魅力。     

利用手持技术探究铝的化合物之间的相互转化过程

高中铝的化合物（“铝三角”）之间的相互转化过程是高考高频考点,其中共涉及7个反应方程式,但学生对此大多停留在机械记忆层面上,认知思路和角度较混乱。从一道高考题出发,引入数字化手持技术设计4个滴定实验,利用电导率、pH传感器测得电导率、pH随时间变化的曲线,结合宏观、微观、符号和曲线表征多角度进行分析。利用四重表征分析方法,突破“铝三角”转化中双水解反应的认知难点,完善相关教学并提供参考建议,丰富手持技术在教学上的案例。     

利用手持技术数字化实验促进学生对焰色反应概念的认知*

针对焰色反应教学存在的不足,以手持技术TQVC概念认知模型为理论依据,从“混合、定量”的角度出发,设计手持技术数字化实验以促进学生对焰色反应概念的认知。利用分光光度计传感器,通过测定火焰发射光谱的波长和光强度,从定性和定量2个方面检测混合液中的NaCl和KCl,帮助学生从宏观和微观相结合的视角认识焰色反应的本质。     

利用数字化手持技术探究“电解池阳极与原电池负极金属腐蚀速率”的大小

引入数字化手持技术设计6个实验,将金属腐蚀速率问题转换为金属腐蚀过程气体产生速率问题,进而转换为一定时间内密闭体系压强变化问题。实验关键是用气压传感器测定一定时间密闭体系气压变化,得到压强-时间曲线,根据曲线斜率分析反应速率,进而解决"金属腐蚀速率"问题。同时,还从"宏观-曲线-微观-符号"四重表征角度深入分析实验,有助于学生深入理解实验过程与反应原理。本实验研究结论是:(1)同一电解质溶液中,电解原理引起的腐蚀速率大于原电池原理引起的腐蚀速率;(2)对同种电解质溶液,在一定浓度范围内,电解质溶液浓度越大,腐蚀越快。     

利用手持技术数字化实验促进学生原电池概念认知*——ZnCu稀硫酸原电池与Zn和稀硫酸反应的比较

以ZnCu稀硫酸原电池与Zn和稀硫酸反应的比较实验为例,探讨根据TQVC概念认知模型,设计促进学生原电池概念认知的手持技术数字化实验。具体过程是:将原电池概念关键内涵转化为可测量的温度和电流概念的关联属性,利用温度传感器和电流传感器测量实验的热能和电能的变化,通过实验数据、曲线及其四重表征分析得到实验结论,并判断实验设计的有效性。对实验设计的关键和实验证据的使用进行了讨论。     

利用手持技术数字化实验促进学生对配合物概念的学习*——以铜氨配合物的形成和破坏过程为例

从高中“配合物”概念教学中值得探讨的问题出发,以手持技术TQVC 概念认知模型为理论依据,利用手持技术pH和电导率传感器对铜氨配合物的形成与破坏过程进行探究。首先以氨水滴定硫酸铜溶液,然后以硫酸反滴定铜氨配合物溶液。与此同时,利用手持技术获取反应过程中的pH和电导率变化曲线。再根据四重表征模型,从宏观、微观、符号、曲线4个角度对反应过程进行分析,从而揭示反应的本质,多维度实现“配合物”概念的有效建构。     

基于手持技术的乙酸乙酯水解实验研究

乙酸乙酯水解实验是中学有机化学中的重要实验,通过酯层减少或酯香味消失的时间来判断水解反应速率,实验效果并不理想。利用手持技术中的电导率传感器研究氢氧化钠溶液温度和浓度对乙酸乙酯水解反应速率的影响,以及不同酸碱性条件下的乙酸乙酯水解反应速率。将电导率传感器与pH传感器联用,同时测定乙酸乙酯水解过程的电导率和pH变化。对通过实验得到的电导率变化曲线和pH变化曲线进行分析,帮助中学教师和学生从定量的角度理解乙酸乙酯水解反应规律和微观实质,并阐释了此研究对中学化学实验及其教学的启示。     

“中学化学手持技术数字化实验案例”的多维分析*——以钱扬义工作室20年研究的期刊论文为例

以华南师范大学钱扬义工作室20年研究的“中学化学手持技术数字化实验案例”的36篇期刊论文为例,从实验主题、实验设计和实验价值等3个维度,使用内容分析法探讨手持技术实验案例的情况。研究发现:(1)实验案例共有28个实验主题,包括各年级、各知识模块的重要内容,聚焦22个重要的学科核心概念,对学生认识发展具有启发性。(2)29个实验案例设计为相互对照实验,27个实验案例使用1种传感器,总结形成7环节实验案例开发方式。(3)实验案例的实验价值包括“曲线表征”“概念形成”“概念转变”认识价值,主要以“概念形成”为认识价值取向,促进学生破解概念认知难点。对未来的手持技术实验案例研究作出展望。     

利用数字化手持技术探究电解硫酸铜水溶液过程中阳极附近pH变化

将手持技术数字化实验与传统实验相结合,利用pH传感器测量电解硫酸铜水溶液过程中阳极附近pH变化之前,需探究电解过程中"电源电压"及"硫酸铜溶液浓度"是否会对传感器的测量值产生影响。将所得曲线进行对比分析及四重表征综合分析,得到结论:(1)电源的存在,是传感器受影响的本质原因,电压越大,影响越大;(2)硫酸铜溶液浓度会对传感器测量值产生影响,但2者之间不是简单的线性关系;(3)pH曲线变化趋势符合事实,反映了电解过程中离子迁移及离子反应的真实状态。引导读者以新视角看待pH传感器在电解池中的使用问题,深化对电解过程的认识,为相关内容的教学提供参考。     

电化学反应及其腐蚀

氧化―还原反应是普遍存在的一类重要的反应。冶金、锈蚀及许多化工生产都涉及到氧化―还原反应。氧化―还原反应的本质是电子得失或偏移,如何通过化学能转变为电能,使氧化―还原反应获得或失去电子等,是化学教学中的重点和难点。文章介绍了氧化―还原反应中电化学的概念和原电池的原理,利用电化学的知识来解释一些电化学腐蚀现象。     

基于手持技术和多媒体技术的“电离平衡”教学研究

采用手持技术与多媒体技术相结合使微观过程宏观化,以解决“电离平衡”教学中内容抽象、教师难讲、学生难理解的问题,使用手持技术时,有别于其他文献的电流传感器和pH传感器,创新的采用电导率传感器,取得了更好的效果。     

利用手持技术探究原电池“电极反转”双模型的反应机理

基于手持技术表征原电池基准态与极端态工作原理的差异性,继而探究铁和铝分别与铜在浓硝酸中构成的2种极端态原电池在发生电极反转时硝酸浓度的临界值。通过双模型对比实验,帮助学生更加直观、准确、深入地建构原电池模型,同时丰富学生对元素周期律、金属活动性以及氧化还原反应等关联性知识的认知与理解。     

利用数字化手持技术探究原电池电流和温度的变化

对学生原电池学习的认知难点——铜锌原电池为何能产生电流进行了深入分析。利用数字化手持技术定量测定单液和双液铜锌原电池的反应电流、溶液的温度变化曲线,进而比较2种电池的效率,从宏观、微观、符号、曲线表征4个方面深入分析,得出结论:与单液铜锌原电池相比,双液铜锌原电池的电流稳定性较好,能量转化效率较高,因此电池效率也更高。手持技术实验结合"四重表征"模式进行教学,以期为原电池的探究式教学提供案例参考和教学建议。     

半胱氨酸封闭剂为电化学探针的非标记型核酸适配体传感器

采用半胱氨酸为封闭剂和氧化还原电化学探针,制备了一种新型的非标记型电化学核酸适配体传感器,并用于测定凝血酶。 利用电化学阻抗对传感器的组装过程进行了监测。 用循环伏安法和差分脉冲伏安法研究了该传感器的电化学行为。 探讨了凝血酶孵育时间、测试pH值对传感器响应的影响。 该传感器对凝血酶在10.0~10000 μg/L范围内呈良好的线性响应,检测限为2.47 μg/L。     

利用手持技术探究酸碱性对高锰酸钾氧化性的影响

高锰酸钾作为常用的氧化剂,其氧化性强弱与体系酸碱性相关。通过手持技术,利用氧化还原电势(ORP)传感器和pH传感器去探究体系酸碱性对高锰酸钾氧化性的影响。实验发现:pH在酸性条件下,高锰酸钾溶液的氧化性明显增强,随着体系pH的减小,氧化性继续增强;在碱性条件下,其氧化性明显减弱,随着体系pH的增大,其氧化性继续减弱。实际实验中需要根据各种综合因素选用适宜酸碱性的高锰酸钾溶液做氧化剂。     

基于传感器探究酸性条件下铁的吸氧腐蚀

人教版《化学反应原理》中介绍了金属的电化学腐蚀，主要是钢铁的吸氧腐蚀和析氢腐蚀。结合教材分析铁的腐蚀原理，得出铁的析氢腐蚀会导致体系压强增大，吸氧腐蚀会导致体系溶解氧减小。据此利用压强传感器和溶解氧传感器探究酸性条件下铁的吸氧腐蚀，并设计正交实验寻找发生吸氧腐蚀的最佳条件，帮助学生进一步理解铁的吸氧腐蚀。     

葡萄糖分子印迹电化学传感器的研制及其应用

本文结合分子印迹技术与电化学检测手段,制备了高选择性、高灵敏度和价格低廉的分子印迹电化学传感器,并利用该传感器对食品中的葡萄糖进行定量分析。由于该分子印迹膜为非导电膜,本实验以铁氰化钾-亚铁氰化钾离子作为底液与电极之间的探针并通过铁氰化钾-亚铁氰化钾氧化还原电流信号的变化来对葡萄糖浓度进行间接测定。实验结果表明,在0.01~2μmol/L的范围内,葡萄糖浓度的变化与铁氰化钾-亚铁氰化钾氧化还原电流信号变化呈线性关系,检出限为7.68×10-9 mol/L。该传感器的制备和测量方法简单,可用于实际样品的检测。     

基于纳米银与有机多孔材料/纳米金修饰的甲胎蛋白免疫传感器研究

在金电极表面电沉积银为氧化还原探针,利用有机多孔材料(PTC-NH2)、纳米金(nano-Au)固载甲胎蛋白抗体(anti-AFP),制备出用于检测甲胎蛋白(AFP)的安培型免疫传感器。通过交流阻抗技术、循环伏安法研究了电极的电化学特性,考察了孵育时间、测试液pH值等实验条件对传感器性能的影响,并利用扫描电子显微镜(SEM)对电极的修饰过程进行了表征。该传感器对AFP有良好的电流响应,线性范围分别为1.0～20.0ng/mL和20.0～60.0 ng/mL,检测限为0.6 ng/mL。     

还原氧化石墨烯-纳米金修饰的分子印迹传感器选择性检测水与牛奶中盐酸洛美沙星

开发了一种基于金电极表面修饰还原氧化石墨烯(rGO)-纳米金(AuNPs)的分子印迹电化学传感器,用于选择性测定盐酸洛美沙星。AuNPs-rGO纳米复合材料通过电化学还原氧化石墨烯(GO)和HAuCl_4修饰到金电极表面,印迹的聚邻苯二胺和间苯二酚膜嵌在AuNPs-rGO表面作为功能单体选择性识别盐酸洛美沙星。以K_3[Fe(CN)_6]为氧化还原探针,运用循环伏安法(CV)和差分脉冲法(DPV)表征了印迹传感器的电化学性能。结果表明印迹传感器对洛美沙星的选择性高,而引入的还原氧化石墨烯-纳米金(Au NPsrGO)复合材料显著提高了传感器的电子传输速率和灵敏度。最佳条件下,氧化还原探针的DPV峰电流对0.01~1.0μmol/L浓度范围内洛美沙星呈良好的线性,检出限(S/N=3)为3.0 nmol/L。方法用于西江水和牛奶中盐酸洛美沙星的检测,精密度(RSD≤6.2%)和回收率(88.0%~102%)满意。     

利用手持技术探究不同酸碱环境下生物体pH变化的规律

利用手持技术数字化实验新手段做经典实验,通过pH传感器实时监测了去离子水、磷酸盐缓冲溶液、碳酸盐缓冲溶液、猪肝研磨液（新鲜和变质）和生菜研磨液（新鲜和变质）等溶液分别在酸、碱滴定过程中pH的变化,依据实验曲线和数据并结合相关生物化学知识,定量分析和比较了各物质滴定结果,从而证明在不同酸碱环境下生物体能够在一定范围内维持pH稳定并解释了其原因。