色度计传感器在教学中的应用实例

　　摘要：色度计传感器是手持技术中的一种仪器。它是通过检测溶液透光度来测量溶液中带色粒子的浓度。通过介绍几个色度计传感器在化学教学中的应用实例，讨论传感技术对教学效果的影响。 　　关键词：色度计传感器；化学；教学；实例 　　文章编号：1005－6629(2008)07－0005－03中图分类号：G633.8 文献标识码：C 　　 　　1 色度计传感器原理简介 　　 　　手持实验技术主要由传感器（探头）、 数据采集器、计算机等硬件设施以及实验数据处理程序（如“探世界”综合理科实验室系统）等软件构成[1]。色度计传感器（如图1）是传感器中的一种， 用它检测溶液的透光度（T）。 　　原理如图2所示：将待测溶液装入比色皿，置于色度计中测量。光源发出的光透过滤波片变为单色光（光强度为I0），入射单色光通过装有溶液样品的比色皿，一部分入射光被溶液吸收，透射光（光强度为I）被光电二极管检测，从而计算出该溶液的透光度（T＝I/I0×100％）。只要化学反应能在化合或分解的过程中体现出对某色光的吸收，就可以利用该仪器来分析化学反应的特征。 　　 　　 　　2 色度计传感器应用实例 　　 　　2.1 研究性学习 　　2.1.1 SO2含量的监测 　　原理：SO2使酸性高锰酸钾褪色。 　　操作：运用空气采样仪，通1min的空气，计算通入的空气总体积。利用色度计传感器记录酸性高锰酸钾溶液的透光率，从而可求得高锰酸钾的浓度，进而得到SO2浓度。就可计算出单位体积空气中SO2的浓度。 　　2.1.2 食盐中碘含量的测定[3] 　　原理：碘元素以IO2-形式存在于食盐中，加入还原剂如过量I-，使IO2-变成碘单质，再加入淀粉溶液变蓝色。 　　操作：利用色度计传感器记录溶液的透光率，由朗伯-比尔定律可知透光率与浓度相关，从而可求得浓度。 　　2.1.3 食物和补铁剂中铁元素含量的测定[1] 　　原理：Fe3＋与足量的硫氰化钾反应可以形成深红色的[Fe(SCN)6]3-。 　　操作：将食物灼烧完全炭化后用酸浸取，可以将食物中的铁元素转化为Fe3＋溶液，Fe3＋与足量的硫氰化钾反应，可以形成深红色的[Fe(SCN)6]3-。[Fe(SCN)6]3-可以吸收蓝色光（所以溶液的颜色为红色），[Fe(SCN)6]3-的浓度越大（溶液的颜色越深），对光的吸收程度越大， 即透光度（T）越小。补铁剂中的铁一般以二价形式存在，对于液态补铁剂，选用合适的氧化剂氧化后，可用上述方法测定铁元素的含量。如果是固态补铁剂，先要将其溶解，再进行测定。 　　2.2 常规教学[1] 　　2.2.1 盐酸的浓度对Na2S2O3分解速率的影响 　　Na2S2O3＋2HCl＝2NaCl＋SO2↑+S↓＋H2O 　　由于反应生成了黄色的硫沉淀，使溶液浑浊，透光能力降低，因此溶液的透光度体现了反应进行的程度，用色度计记录溶液透光度的变化，绘制透光度－时间曲线，曲线斜率的大小反映了反应速率的大小。我们选用不同浓度的盐酸进行实验，研究的浓度对反应速率的影响。 　　2.2.2 测定铁离子与硫氰根离子的可逆反应的平衡常数 　　测定待测溶液的吸光度A，即可求出待测溶液中有色物质[Fe(SCN)2+]的浓度c（即平衡浓度）。再根据Fe3+和SCN-初始浓度，求出平衡时各物质的浓度，再代入平衡常数表达式中，就可计算出该反应的平衡常数。同理，还可做浓度对铁离子与硫氰根离子的可逆反应的化学平衡的影响实验。 　　2.2.3 温度对FeCl3水解平衡的影响 　　Fe(OH)3显棕黄色， 水解程度越大， Fe(OH)3的浓度越大，溶液的颜色越深，对光的吸收程度越大，即透光度（T）越小。 　　用比色皿装入热的FeCl3溶液，放入色度计中测量它的透光度，随着溶液的冷却（即温度下降），平衡发生移动，溶液的透光度也随之改变，因此可以借助透光度的变化研究水解平衡随温度改变如何移动。 　　2.2.4 温度对NO2聚合反应的影响 　　向（广口）比色皿中充入NO2， 并迅速盖紧盖子（处于全封闭状态）。将比色皿放于热水中浸泡几分钟。监测透光度随时间的变化，推测随着温度的降低，平衡向哪个方向移动。 　　 　　3 传感技术运用于教学的反思 　　 　　3.1 传感技术对教学的促进作用 　　一般来说同学们都具备这样的生活常识：浓度不同的溶液颜色不同，颜色深的溶液浓度大。但是不同的人观测存在严重的视觉误差。所以用肉眼直接观察色度的分析误差较大，只能作为定性的判断依据。但是随着科技的发展人们可以利用先进的仪器（例如紫外-可见分光光度计）来准确测量透光率。这样就将色度分析从定性的层面上升到定量分析。 　　但是由于经费的限制，很多中学买不起紫外-可见分光光度计，但本文介绍的色度计传感器也能基本满足中学的要求。它的使用可以为很多中学教材中涉及的实验提供直接的数据支持，使得这些实验从定性实验上升为定量实验，从而增强同学们定量的意识。同时，它的使用可以开阔同学们的视野，让同学们了解现代化的科学仪器对科学技术发展的促进作用，从而激发同学对科学的热爱，立志科学研究、形成终生学习的意识。 　　3.2 传感技术应用于教学应避免走入的误区 　　在中学教学中，传感技术使用不当有时容易造成的一些不好的影响。有的教师应用传感器，仅简单停留于给学生看看仪器，读个数。这样容易让学生养成不去思考、甚至懒于思考的恶习。更有甚者，学生逐渐变得忽略过程、只重结果。这不但没有让学生通过传感器体会到先进的科学仪器对科学研究的帮助，反而还产生负面影响，就非常得不偿失了。传感技术只是一个帮扶我们教学的工具，不是万能替代物。应用传感技术时一定要避免走入上述误区。 　　传感技术近几年已应用于教学中，它有很多积极的教学辅助作用。使用得当，对教学会有很大的促进。我们应注意发挥传感技术的积极作用，使得它对教学产生良好的正面影响。 　　 　　参考文献： 　　[1]王磊等. 传感技术―化学实验探究手册[M]. 北京师范大学出版社, 2007. 　　[2]佘平平等. 研究性学习一例[J]. 化学教学, 2007.5. 　　[3]佘平平等. 创新精神和实践能力的培养[J]. 北京教育教学研究, 2007.4.